Sci Adv | 闭环脑机，让“光点”可预测：迈向双向皮层视觉假体的关键一步

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基本信息：

Title:Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: A step toward a bidirectional cortical visual prosthesis

发表时间：2025.11.5

Journal:Science Advances

影响因子：12.5

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正文

对重度盲人而言，“重新看见”往往不是一下子就拥有高清图像，而是从最基本的视觉“元素”开始——例如通过电刺激视觉皮层产生的“磷光感”（phosphene，主观看到的亮点/光斑）。

过去半个多世纪里，从Brindley 与 Dobelle 的开创性尝试，到近年来多通道微电极在灵长类与人类中的实验，皮层视觉假体（cortical visual prosthesis）被视为绕开受损眼球与视神经、直接把信息“写入”大脑视觉皮层的一条可行路径。然而，要把零散的光点拼成“有用”的视觉，还面临两道核心关卡：

如何稳定地控制每个光点的出现阈值与亮度，以及如何在时间上组织不同刺激，使用户区分开连续的多次“发光”。

更现实的挑战是工程和临床层面的：真正能支撑日常导航、物体识别与阅读的系统，往往需要数量级上百乃至上千的刺激通道（过去研究指出通常需≥625个“像素”）。但在临床环境逐一“手动调参”——为每支电极确定最合适的电流、脉宽、频率与时序——不仅耗时，也因为同一受试者在不同天的阈值、知觉形态会波动而变得反复。甚至，刺激序列本身会影响主观亮度，这意味着“今天的参数”明天可能不再适用。因此，领域逐渐形成一个清晰共识：必须从“开环”（open-loop）走向“闭环”（closed-loop），让假体一边刺激一边读取邻近电极的神经活动，自动、实时地校准输出，减少对使用者口头反馈的依赖。

这篇来自西班牙阿利坎特/埃尔切团队（并联合犹他大学、拉德堡德大学等）的最新人类研究，正是踩在这个关键点上前进：研究者在两位全盲志愿者的右枕叶V1/V2区植入一枚100通道Utah微电极阵列（UEA），在为期6个月的每日实验中边刺激边记录，系统评估神经活动是否能预测并控制三类关键主观指标——知觉阈值、主观亮度与时间分辨率（能否把相邻两次刺激感为两个独立光点）。如果这条思路成立，就意味着未来的皮层假体可以像有“自动对焦”的相机：通过读取邻近电极的多单位放电（MUA），无需密集的口头反馈，就能把每个通道的电流、脉宽、频率、列车时长等参数自动调到“刚好能看见、刚好够亮、且在时间上清清楚楚分开”的状态。

现实生活里，我们都体验过类似的“自校准”。例如，手机相机在昏暗环境会自动增益、拉长曝光，日照强烈又会收缩光圈与缩短快门；蓝牙耳机遇到噪音会开启自适应降噪。闭环视觉假体要做的，正是把这样的自适应搬进大脑：当刺激参数稍有偏离、或组织状态（如电极接触、局部兴奋性）发生轻微变化时，系统不等使用者抱怨“看不见/太刺眼/糊在一起”，就能从邻近电极的神经反应读出端倪，自动微调，维持稳定、舒适且可用的“视觉输出”。

本文的三组核心结果——阈值可由神经活动准确预估（两位受试者相关系数R均=0.71）、亮度与后刺激期MUA高度正相关、“两个光点分得开”的最小列车间隔（~0.30–0.33 s）同样可由第二列车中的MUA预测（R≈0.72–0.74）——为“闭环+双向”皮层假体提供了坚实的人体证据，也为后续在真实世界里“即插即用”的自适应视觉提供技术抓手。

主要结果

Fig. 1. Location of the UEA implantation site on the right occipital cortex of the two participants.

Fig. 2. Prediction of thresholds from neural activity.

Fig. 3. ContributFig. 3. Perceived brightness and neural activity.ions from different brain areas.

Fig. 4. Spatial distribution of the correlation between neural activity and brightness.

Fig. 5. Prediction of the number of perceived phosphenes from neural activity.

文章信息

Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: A step toward a bidirectional cortical visual prosthesis | science advances.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv8846 IF: 12.5 Q1 B1.

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审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部

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