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一个意外,脑机接口试验让盲人恢复了视力

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一位失明超过3年的65岁盲人,参加脑机接口试验后能看见东西了,从此可以更稳地走路和拿住杯子。

然而,这完全是个意外,试验原本没有指望帮助盲人复明。

目前,研究人员还不明确他的视力是如何恢复的,也不知道复明能不能再次发生在其他人身上。

不过,这个案例带来了一线微光,预示曾经被判定为永久失明或其他功能障碍的人们,也许存在恢复的可能。


脑机接口试验参与者 | UMH

试验原本的目标,是让盲人用大脑直接“看”东西

这个意外,出现在一项开创性的临床试验中,相关发现于2026年2月3日发布在期刊《大脑通讯》(Brain Communications) 上。

试验由西班牙的米格尔·埃尔南德斯·德埃尔切大学(Universidad Miguel Hernández de Elche, UMH)和 CIBER 生物工程、生物材料与纳米医学研究中心(CIBER-BBN)进行,原本目的是评估一种脑机接口能否安全有效地为盲人创造“人造”视觉,而不是帮助恢复自然视力。

连接计算机与大脑的,是一个由100个微电极组成的阵列,边长4毫米。医生通过一次小型开颅手术,把阵列植入参与者的初级视觉皮层,也就是负责处理视觉信息的大脑区域。


A 犹他电极阵列及比例尺;B 研究人员手持的犹他电极阵列;C 植入部位示意图 | 参考文献[1]

这块方形小“针板”是怎么创造出视觉的呢?比如,盲人面前的屏幕上出现一个字母“O”(如下图),首先眼镜上的摄像头拍下“O”,计算机实时将“O”简化成由一圈光点组成的低分辨率图像。

接下来,光点位置等信息被转换为电刺激指令,并传输到对应的电极。电极根据指令向周围神经元放电,神经元被激活,让大脑误以为接收到了来自眼睛的真实光信号。

每个电极放电时,盲人都会在对应的视野位置“看到”一个明亮的光斑,多个电极同时放电,光斑就拼成了一个圈。最后,经过训练和适应,盲人的大脑学会把这个圈解读成字母“O”。



左图-盲人在通过脑机接口阅读屏幕上的字母;右图-阵列中激活的电极,和盲人“看到”后画出的图像 | 参考文献[2](经编辑)

简单讲就是,计算机在“针板”上拼出什么图形,盲人眼前就会大致显现什么图形。目前,由于电极数量有限,光点只能拼出一些简单的形状,盲人也就只能阅读超大字母、粗略辨认家具轮廓和桌上物品。

这种人工视觉感知方法,并没有恢复盲人的自然视力,而是新开辟了一条直通大脑的信息输入通道。新通道绕过了自然视觉感知的前半部分,也就是眼前景象投影到视网膜,视网膜把光信号转化为电信号,视神经把电信号传递到大脑的过程。

全球多个研究团队都在探索视觉皮层电刺激方法,希望以此恢复严重视网膜或视神经损伤患者的视觉感知。然而,这种方法距离进入临床仍然有距离,剩余挑战包括理解背后的复杂神经回路、确定最佳刺激参数和解决个体差异等。

本试验原本的目的,正是试图回答这些问题。


图:自然视觉通路及视觉皮层电刺激通路 | 参考文献[3](经编辑)

医生不相信盲人看见了,但每个姿势他都说对了

带着这样的目标,研究人员为参与者们植入了微电极阵列(截至论文发布时共有4人参与试验)。

令研究者惊讶的是,其中一位参与者在手术后两天,报告看到前方有光亮和影子移动,这是他完全失明后第一次看到东西。为方便叙述,下面将这位参与者简称为“A”,这不是论文中的标识代号。

A是一位65岁男性,右眼失明发生在2018年底,6周后他的左眼也失明了。双眼失明的原因是一种由供血不足导致的视神经病变——非动脉炎性前部缺血性视神经病变(Non-arteritic Anterior Ischemic Optic Neuropathy, NAION)。

NAION是一种严重的、通常不可逆的疾病。发作后,少数患者视力可有所恢复,但一般发生在几周内,很少超过2~3个月。而A的视觉恢复,发生在完全失明后3年零10个月,属于极其罕见的情况。


NAION是中老年人最常见的急性视神经疾病,通常表现为早晨起床时视力突然下降,严重时完全失明。危险因素包括年龄50岁以上、男性、高血压、糖尿病、血脂异常、睡眠呼吸暂停等|图虫创意

刚加入试验时,A分辨不出眼前有没有光亮,双侧瞳孔散大,右眼对光线无反应,左眼有几乎看不出的极微小反应。至于视力测试,由于他无法看到屏幕在哪里,几乎全部无法进行。

A报告能看见的那一天,研究刚开始校准系统,进行了一些电刺激,但还没有让他“看”视觉训练图像。由于研究人员曾经观察到,电极植入视觉皮层后最初几周,人们可能会“看到”一些不存在的光亮,因此以为再次发生了这种情况,向A做了解释。

然而,A坚持说能辨别一些研究人员的动作。于是,一位研究人员在A面前挥动手臂,让他描述姿势,没想到每一次都做对了。


A模仿研究人员的姿势| 参考文献[1]

视力提高23倍,脑机接口移除后依然能看见

接下来的几个月里,试验按计划继续,A每天接受电刺激并进行至少30分钟的视觉训练,包括搜索、识别、区分和/或追踪各种物体、形状、字母和数字,练习难度逐步增加。

A逐渐可以识别形状和字母,拿取东西时的动作更加平顺,四处活动时也更加自信了。虽然视力远远不如失明前,但他说,恢复的这部分视力已经提高了日常生活能力和信心,也让自己获得了更多独立性。

在A感觉到恢复的同时,视力评估结果也发生了惊人的改善。对于光与运动基础评估,他从术前连屏幕都看不到,恢复到了100%正确识别光和运动方向,并且试验结束后也没有退步。


光与运动基础评估(Basic Assessment of Light and Motion, BaLM)中,A在辨别方向| 参考文献[1]


A在训练中指认物体位置| 参考文献[1]

另一项评估,弗莱堡视力对比度测试,也显示出了视力恢复。A的测试结果在术后持续改善,当开始电刺激时达到最高水平,双眼、左眼和右眼的评估结果比术前提高了23倍、19倍和15倍。脑机接口被移除后,视力有所下降,但仍比术前提高了11倍。


弗莱堡视力对比度测试(Freiburg Acuity and Contrast, FrACT)测试结果,最佳视力出现于术后6个月、电刺激开始时 | 参考文献[1]

除了直接的视力测试,研究还评估了视觉诱发电位,用以客观测量外部视觉刺激能否传达到大脑皮层,也就是大脑知不知道眼睛正在看东西。

术前,电信号几乎检测不到,反映了A严重的视觉通路损伤。然而几个月内,电信号逐渐重新出现并增强,确认了真实可测量的恢复。

这些测试结果的改善,与A重新获得的生活能力相匹配。



A左眼的视觉诱发电位(Visual evoked potentials, VEPs)测试结果| 参考文献[1]

目前仅此一例,但大脑恢复潜能的边界已被突破

A的自然视力得到了显著而且长期的改善,但加入同一项试验的另外三位参与者没有这么幸运。

对于仅此一例的视力改善,研究人员还不明确其背后的根本机制。一种假说是,电极阵列的植入与视觉皮层的电刺激,产生了类似神经营养因子的作用,改善了视觉信息处理功能。由于脑机接口移除后改善仍存在,所以恢复不是来自电刺激的直接影响,而是持久的神经适应。

这一见解可能为设计康复方法提供新方向,经颅电刺激或经颅磁刺激等非侵入性脑刺激技术,有希望帮助视网膜或视神经疾病患者保留或恢复视力,甚至帮助其他类型神经系统疾病患者康复。刺激技术不仅限于替代,更是修复。

研究人员还认为,视觉训练和A的高度努力,也许显著促进了视力的部分恢复。高强度训练和电刺激,可能有助于增强部分受损视觉通路的功能,使结构和功能的重组超越原本的恢复极限。

无论支撑视力改善的是哪些机制,改善本身都挑战了医学界长期以来的一个假设:完全视神经损伤后,视力将永久性丧失。A的经历表明,在失明数年后,部分恢复视觉功能仍然是有可能的。

尽管这一案例展示出视力恢复的希望,研究人员提醒,恢复仅出现在一位参与者身上,A独特的个体特征可能是重要的促成因素,比如失明病因、持续时间和病理情况等。还需要未来的研究判断,这是孤立事件,还是可以重复出现在其他患者身上的现象。并且,面对不同特征的患者,刺激参数仍需进一步研究来优化。

正是因为人与人之间存在差异,相同治疗会带来不同结果,研究人员特别感谢了A和所有其他参与者,“没有人参与试验是为了重新看见,而是深知,自己的贡献有助于推动人类理解视觉相关的复杂神经对话”。


脑机接口试验参与者 | UMH

参考文献

[1]Arantxa Alfaro, Leili Soo, Dorota Waclawczyk, Roberto Morollón, Fabrizio Grani, Eduardo Fernandez, The unexpected sight: improvement of visual function following intracortical microstimulation of the human occipital cortex, Brain Communications, Volume 8, Issue 1, 2026, fcaf504.

[2]Fernández E, Alfaro A, Soto-Sánchez C, Gonzalez-Lopez P, Lozano AM, Peña S, Grima MD, Rodil A, Gómez B, Chen X, Roelfsema PR, Rolston JD, Davis TS, Normann RA. Visual percepts evoked with an intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex. J Clin Invest. 2021 Dec 1;131(23):e151331.

[3]de Ruyter van Steveninck J, Güçlü U, van Wezel R, van Gerven M. End-to-end optimization of prosthetic vision. J Vis. 2022 Feb 1;22(2):20.

[4]https://medicalxpress.com/news/2026-02-unexpected-partial-recovery-natural-vision.html

[5]https://bioengineer.org/intracortical-microstimulation-leads-to-surprising-partial-restoration-of-natural-vision-in-blind-patient/

[6]https://www.eurekalert.org/news-releases/1114969

作者:代天医

编辑:odette

封面图来源:UMH


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