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大脑可以将自然视觉和人工视觉结合起来,中国

时间:2020-02-03 00:12来源:国际资讯
作者:陈文仙 尚昊 来源:新华网 发布时间:2019/12/29 11:09:17选择字号:小 中 大 新研究有望帮助黄斑变性致盲患者恢复视力 中国学者用人工光感受器助失明小鼠复明 新华社耶路撒冷

作者:陈文仙 尚昊 来源:新华网 发布时间:2019/12/29 11:09:17 选择字号:小 中 大 新研究有望帮助黄斑变性致盲患者恢复视力

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中国学者用人工光感受器助失明小鼠复明

新华社耶路撒冷12月28日电黄斑变性是导致50岁及以上人群失明最常见原因之一,目前还没有治愈的方法。通过植入人工视网膜帮助失明患者恢复视力可能是一个解决方案,但该方案是否可行的一个关键问题在于大脑是否能集成自然视觉和人工视觉信息。最近以色列和美国研究人员通过实验发现大脑确实具备这种能力。

黄斑变性(AMD)导致西方世界数百万人失明。它是西方世界50岁以上的老年人严重视力丧失的最常见原因,其患病率随着年龄的增长而增加。尽管无法治愈AMD,但最近在人工视网膜植入物方面的重大进步可能会导致有效的治疗。

伦敦3月6日电中国研究人员6日在英国《自然:通讯》杂志上发表报告说,他们通过在失明小鼠眼底植入一种新研发的人工光感受器,让它们的视觉得以恢复。如果这种技术发展成熟,未来或许能帮助因黄斑变性等疾病而视力下降或失明的患者重见光明。

以色列巴伊兰大学和美国斯坦福大学的研究人员在新一期美国《当代生物学》期刊上发表研究报告说,他们的研究发现大脑在处理对视觉有重要作用的信息的同时,也具备集成自然和人工视觉信息内容的能力。

视网膜位于眼睛内部,包含吸收光的光感受器(感光器)。然后信息被处理并传输到大脑。黄斑是视网膜的中心区域,处理从眼睛到达大脑的大部分信息,使人在阅读和驾驶,面部识别以及其他需要精确视觉的活动时可以看到。在周围的视网膜中,黄斑外的视网膜区域主要通过空间判断提供帮助,视力的精确度降低了10到20倍。在AMD中,由于视网膜中心受损,导致精确视力受损,而周边视力保持正常。

在健康人眼部,视网膜中的感光细胞,即光感受器可把光转变成大脑可识别的电信号。光感受器如果因黄斑变性等退行性疾病而损伤或退化,无法自行修复,往往会导致失明。科学界在探索用人工方法恢复视网膜的感光能力,但现有的一些人工光感受器设计太复杂,并且所使用的有机导电材料空间分辨率有限。

视网膜位于眼睛内部,它含有光感受器,负责感光、处理信息然后传送到大脑。黄斑是视网膜的中心区域,相比视网膜周边区域,黄斑的视觉精确度要高出10至20倍。就黄斑变性患者而言,他们视力受损是视网膜中心受损导致精确视力受损,但视网膜周边区域视力依然正常。

当视网膜中的感光层受损时,可以植入人造视网膜-一种由宽度小于头发的细电极构建的装置。激活这些电极可对剩余的视网膜细胞产生电刺激,并导致视觉恢复,尽管部分恢复。植入人工视网膜的AMD患者具有人工中心视觉和正常周边视觉的组合。人工视觉和自然视觉的这种结合对于研究以了解如何帮助盲人非常重要。这方面的关键问题之一是大脑是否可以正确整合人工和自然视觉。

复旦大学脑科学研究院研究员张嘉漪和该校先进材料实验室教授郑耿锋等人合作开发的新型人工光感受器,是一种经金纳米颗粒修饰的二氧化钛纳米线阵列,在主要性能上比现有人工光感受器有了很大提升。

当视网膜中的光感受器受损时,可以植入人造视网膜,也就是一种比头发还要细小的细电极构建的设备,通过激活这些电极对剩余的视网膜细胞产生电刺激,从而恢复部分视力。植入人工视网膜的黄斑变性患者具备人工的视网膜中心视觉和正常的视网膜周边视觉。

在《当前生物学》杂志上发表的一项新研究中,来自巴伊兰大学和斯坦福大学的研究人员首次报告了发现证据,这些证据表明大脑知道如何整合自然视觉和人工视觉,同时保持了处理对人类重要的信息。视力。我们使用了独特的投影系统,可以刺激自然视觉,人工视觉或自然与人工视觉的结合,同时记录植入了视网膜下植入物的啮齿动物的皮质反应, Tamar Arens-Arad说道。她的博士研究的一部分。植入物由数十个微小的太阳能电池和电极组成,由斯坦福大学的Daniel Palanker教授开发。

张嘉漪接受电子邮件采访时说:“这一成果为黄斑变性等疾病的治疗提供了一条新途径,基于这项技术来研发的新一代可植入性人工光感受器,有望帮助病患恢复视觉。”

在实验中,研究人员将人工视网膜植入小鼠眼内,然后用一种可以诱发自然视觉、人工视觉和两者结合视觉信息的投影系统,并记录下植入了人工视网膜的小鼠大脑的皮质反应。结果,研究人员观察到人工和自然视觉信息在皮质中合并在一起。

这些开创性结果对植入视网膜假体设备的AMD患者的视力恢复具有重要意义,并支持我们的假设,即假眼和自然视力可以整合到大脑中。这些结果还可能对未来人工操作的脑机接口应用产生影响和自然过程并存,Bar-Ilan大学眼科学与工程实验室负责人,该研究的主要作者Yossi Mandel教授说。

据团队介绍,这一阵列能让失明小鼠的视网膜中所存留的神经节细胞恢复对绿色、蓝色和近紫外光的反应,其对光的敏感度和空间分辨率均接近正常小鼠。神经节细胞的一个重要功能就是把视觉信号经视神经传递给大脑视觉中枢。

研究项目牵头人、巴伊兰大学眼科科学与工程实验主任约西曼德尔表示,这项开创性成果对于帮助因黄斑变性而失明的患者恢复视力有重要意义。

这项研究是在帕尔克(Palanker)教授的合作下,在曼达教授的视光学与视觉科学学院Mina和Everard Goodman生命科学学院以及巴伊兰大学纳米技术与先进材料研究所(BINA)的实验室中进行的。斯坦福大学学院。该研究由Tamar Arens-Arad与Nairouz Farah博士,Rivkah Lender,Avital Moshkovitz和Thomas Flores合作进行。

研究团队在实验室中将这一阵列植入活的失明小鼠眼底,结果发现,小鼠视觉中枢的神经元恢复了对光的反应,瞳孔光反射同样有改善。团队认为,这表明失明小鼠的视觉已恢复。

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但两位研究人员也表示,尽管这项技术目前完成了在小鼠上的首次测试,但离真正临床应用还有距离,还需解决在增强微弱光和红光环境下材料的光反应问题,以及进行临床安全和功能测试。

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