视觉脑机接口简史：从一个光点到一片世界，一部人工视觉的研究与产业长征史

结论：让盲人重新「看见」，靠的不是在脑子里塞一块屏幕，而是学会用大脑自己的语言，把一片世界重新写进去。这件事听起来像科幻，但它已经被人类断断续续做了两个半世纪。

一、眼睛坏了，不代表「看见」这件事就没戏了

视觉是人类最依赖的感官，没有之一。

但很多人有个误会，以为致盲就等于「大脑不会看了」。其实大多数情况恰恰相反：坏掉的是眼睛、视网膜或视神经这条输入通路，而藏在枕叶深处、专门负责处理视觉的那片皮层，往往还活得好好的，随时可以被点亮。

视觉脑机接口，aka视觉皮层假体（cortical visual prosthesis, VCP）的思路就从这里来：既然眼睛干的活，本质上就是把光转换成神经电信号再送进大脑，那能不能绕过坏掉的眼睛，直接在视觉皮层里「写入」信息？

这里要划个重点，它和大家更熟的视网膜假体不是一条路。视网膜假体修的是眼内感光这一环，前提是视神经还能用；视觉皮层假体直接面向大脑，所以理论上能服务更难啃的病例，比如青光眼、视神经损伤、严重眼外伤，甚至某些视网膜方案彻底没辙的失明类型。

二、第一个光点：从莱顿瓶到枕叶手术台

故事得从电学刚诞生的年代讲起。18 世纪中叶，法国人Charles LeRoy让莱顿瓶的电流通过一位盲人的身体，对方报告说「看见」了火光般的闪亮。这大概是人类第一次用电「凭空」造出视觉体验。

但要把这种现象和大脑精确对应上，得等到 20 世纪。1929 年前后，德国神经外科医生Otfrid Foerster在枕叶手术中电刺激枕极，清醒的患者报告说，正前方出现了一个静止的小光点。后来Wilder Penfield等人绘制皮层电刺激图谱，进一步把「刺激皮层的某一点」和「视野里冒出某个光点」牢牢绑定了起来。

图1 | 经典的大脑皮层功能分区图。从 19 世纪末开始，神经科学家逐步把运动、感觉、听觉、语言等功能定位到特定皮层区域，最右后端标注「SIGHT（视觉）」的位置，正是视觉皮层假体想要「写入」信息的目标地带。

这种眼睛里没有真实光线进入、纯靠电或磁刺激诱发出来的视觉体验，有个专门的名字，叫光幻视（phosphene）。视觉皮层假体的第一块砖，就是从这里垒起来的：只要能稳定地造出光幻视，理论上就能把一堆光点拼成一幅能用的画面。

三、Brindley 的 80 个电极：第一台真正的视觉皮层假体

1968 年，是这条路上第一座真正的里程碑。英国生理学家Giles Brindley联手神经外科医生 Walpole Lewin，给一位 52 岁、因青光眼失明的女性植入了一套装置：80 个铂金表面电极，嵌在一顶贴着她单侧枕叶的硅胶帽上，靠头皮外的射频线圈隔空供电。

效果是真有：激活不同电极，患者会在视野的不同位置看到对应光点，几个光点凑一块，她甚至能认出简单图形。今天回头看，这套系统当然糙得很，通道少、电流大、设备笨重、手术创伤也不小。但它砸实了一件极其关键的事：外部信息，确实能被翻译成大脑读得懂的电刺激。

这就是后来所有视觉皮层假体的原点。技术路线在变，电极材料在变，算法在变，但最初那个问题一直没变：怎样把真实世界的图像，翻译成大脑能理解的神经语言？

四、Dobelle 的雄心：第一次商业化，也留下了第一份行业警示

接力棒后来传到美国人William Dobelle手里。

从 1970 年代起，他系统地在全盲志愿者身上研究光幻视编码。他报告过一位早在 1978 年就接受植入的志愿者：靠眼镜上一枚微型摄像头，外界图像能被实时转成皮层刺激，帮他认出大号字母、绕开障碍物，甚至在私人停车场里慢慢「开车」避让。

图2 | Dobelle 团队的早期工作。左上为植入电极阵列的颅骨 X 光片，右侧为不同电极在视野中诱发的光幻视空间分布，下方附一张盲文编码表作对照。光幻视的位置并不规整，这正是后来「大脑不是屏幕」一节要解决的难题。（图据 Dobelle, Mladejovsky & Evans, Nature, 1976）

这几乎是人工视觉第一次真正「出圈」。它告诉大众：皮层假体不只是让人看几个没意义的闪光，还可能撑起导航和简单识别。

但 Dobelle 的故事也给整个行业上了另一课。高昂的成本、手术风险、有限的效果，再加上长期维护和监管责任，最终让这条商业化道路走不下去。技术演示可以让人热血沸腾，但医疗器械一旦进了患者的日常生活，需要的是长期负责、可维护、可升级的系统。这条警示，二十多年后依然没过时。

五、从「趴在表面」到「扎进皮层」：犹他阵列的范式转变

早期电极大多「趴」在皮层表面，离真正要刺激的神经元还隔着一层。1990 年代以后，犹他电极阵列（Utah Electrode Array, UEA）把方向往前推了一大步：在一小块基底上竖起约 100 根微针，直接扎进皮层，凑到目标神经元跟前。

好处很直接：所需刺激电流更低，空间选择性更好，电极之间的相互干扰也有机会压下去。说白了，人工视觉开始从「粗暴地电一下大脑表面」，升级成「更精细地跟神经元对话」。

图3 | 植入人类枕叶视觉皮层的 96 通道犹他电极阵列。A 为阵列与微针结构，B 为植入位置，C 为视觉分区与视野拓扑定位，D、E 显示电极阻抗与神经信号在长达数月时间里的稳定性。这套数据是「皮层内微刺激能否长期安全工作」的关键证据。（图据 Fernández et al., J Clin Invest, 2021）

2021 年，Eduardo Fernández团队在一位失明 16 年的志愿者 V1 区植入了 96 通道犹他阵列。志愿者不光能分辨明暗，还能认出一些简单形状和字母。这项工作的分量不只在「看到了字母」，更在于它证明了：在人类视觉皮层做较长期的皮层内微刺激，安全性和有效性是能同时往前迈一步的。

六、为什么科学家反复强调：大脑不是一块 LCD 屏幕

看到这儿，很多人会自然冒出一个朴素想象：一个电极就是一个像素，电极越多画面越清楚，将来堆到一万通道，不就能在脑子里点亮一整块屏幕了吗？

这个想象很诱人，但基本是错的。过去二十年视觉皮层假体最大的认知升级，恰恰就是我们终于不再把视觉皮层当成一块能逐点点亮的 LCD，而是把它当成一个有分工、有脾气、还会挑时机的活体网络。

说人话，就是三件反直觉的事：

其一，电极不是像素，皮层会「挑食」； 其二，盲人看到的字母常常不是「拼」出来的，而是「画」出来的； 其三，同样一股电，有时能被看见，有时却被大脑当噪声直接过滤掉。

下面一条条拆。

反直觉之一：电极不是像素，皮层会「挑食」

视觉皮层不是一张均匀的白纸。不同区域、不同神经元群有非常明确的偏好：有的更在意颜色，有的更在意面孔，有的更在意位置、方向、运动或空间结构。你刺激谁，谁就按自己的「人设」说话。

美国贝勒医学院Yoshor团队和北京大学王茜团队，分别在 2008、2009 和 2020 年的一系列人体电刺激研究里，提出了一条很关键的规律，叫知觉匹配选择性（perception matches selectivity）。意思是：当你刺激一个功能上已经被识别的视觉区域，患者产生的光幻视特征，往往会和这群神经元本来的选择性对上号。

图4 | 早期视觉皮层也带「颜色偏好」。对红绿、蓝黄、黑白三类视觉刺激，V1/V2 不同触点的高频伽马响应存在显著差异，说明颜色信息在早期视皮层就已经有功能特异性，并不只是一片「低级黑白点阵」。（图据 Wang et al., Brain Stimulation, 2020）

刺激颜色相关区域，患者看到的可能不是普通白光，而是带颜色、甚至类似彩虹的体验；刺激面孔识别区，患者甚至会在空无一物处「看见」一张扭曲的脸，也就是所谓facephene。国内团队后来更进一步证明，哪怕在常被想象成「低级黑白点阵」的早期视觉皮层，电刺激诱发的颜色知觉也能和局部神经选择性匹配上。

把目光从 V1 往视觉层级（visual hierarchy）上游移，高级视觉皮层的刺激已经显示出更具体的内容效应：斯坦福的Parvizi 团队 2012 年刺激梭状回面孔选择区，使受试者眼前真实人脸发生特异性扭曲；匹兹堡卡内基梅隆的Ghuman和李远宁 等 2016 年的研究则发现，刺激左侧中梭状回会产生文字和字母的幻觉和错觉，刺激左侧腹内侧颞叶还能诱发与当前图像相联的记忆样视觉体验。这提示未来或可把早期与高级视觉区结合起来，沿视觉层级协同刺激，让人工视觉不只「点亮」，还获得形状、类别乃至意义。

这对产业的启发非常直接：未来的视觉皮层假体不能只盯着「有多少个点」，还得搞清楚「每个点是个什么样的点」。一个电极诱发的，可能根本不是标准圆点，而是不同大小、形状、亮度、颜色、闪烁和运动倾向的人工知觉。

反直觉之二：盲人看到的字母，是「画」出来的，不是「拼」出来的

既然电极能造光点，那同时点亮 10 个电极，盲人是不是就能看到一个由 10 个点拼成的正方形？临床现实给所有人来了一记闷棍：多个电极同时刺激时，电场叠加加上皮层网络的相互作用，常常把光幻视搅成一团，复杂图形根本「拼」不出来。

图5 | 与其「拼」字母，不如「画」字母。A、B 对比静态与动态触觉刺激，C、D 对比静态电刺激与动态电流转向：同时点亮多个电极只会得到一团模糊，而让刺激点按笔顺在皮层上移动，受试者就能顺畅读出字母「Z」。（图据 Beauchamp et al., Cell, 2020）

Yoshor 团队 2020 年发在Cell的工作给了一个特别聪明的解法，叫动态串联刺激与电流转向（dynamic current steering）。核心思路是：别同时点亮一堆像素，而是在皮层上按时间顺序「移动」刺激点，就像深夜里用一支手电筒在空中快速画出一个爱心。

结果很有启发性：无论健视者还是盲人，几乎不需要大量训练，都能比较好地读出 C、W、U 这类字母。这意味着，人工视觉的核心竞争力不只是硬件通道数，更是编码策略。你怎么把图像「写」进大脑，可能比你有多少个电极更重要。

反直觉之三：同样一股电，大脑有时让你看见，有时直接扔掉

做人工视觉的人都撞见过一个看着挺「灵异」的现象：物理参数完全相同的近阈值电刺激，受试者有时报告看见了光幻视，有时却啥也没看到。难道大脑在随机抛骰子？

2024 年，北京大学方方-王茜团队联合三博脑科医院栾国明团队，在一篇Brain Stimulation研究里抓住了一位 V1 微丝电极患者的罕见机会，逐个对比「看见」和「没看见」的试次。答案很清楚：电刺激能不能转化成主观视觉意识，和刺激到来前一刻 V1 的基础神经活动有关。

如果刺激前局部神经元自发放电更活跃，同时 theta 和 gamma 频段呈现特定的兴奋模式，同样的电脉冲就更容易冲破意识阈值；反过来，大脑正处在低兴奋状态时，这股电就更可能被当成背景噪声过滤掉。

这等于直接改写了 VCP 的设计哲学：假体不能再是单向地往大脑「灌电」，而要变成双向智能闭环系统。下一代设备得先实时「听」一下大脑此刻的状态，再决定什么时候刺激、用多大电流、刺激哪一组电极。

七、2024—2026：闭环、AI 编码和人工知觉地图正在合流

最近几年的进展，基本都在兑现上面这三条逻辑。

第一，双向闭环正从设想走进人体实验。Fernández 团队 2025 年在Science Advances报告了盲人受试者中的「记录 + 刺激」工作，尝试用神经信号来预测和控制光幻视的出现。也就是说，假体开始不只是个输出设备，而是能读懂一点大脑反馈的交互系统。

第二，自发神经活动正被用来绘制人工知觉地图。2026 年，Roelfsema 与 Fernández 等团队利用猕猴和人类视觉皮层的自发活动，大规模推断「刺激」和「人工知觉」之间的对应关系。这相当于给假体提供了一张「照着大脑自己的偏好下笔」的底图。

第三，AI 正在把整条链路一起优化。从可微分光幻视仿真器，到端到端学习安全刺激参数，再到用 actor-model 框架学习视觉感觉编码，趋势都指向同一个方向：未来的视觉皮层假体不会靠医生和工程师手动调参，而会在神经生理约束下，用算法去搜最优刺激方案。

八、产业赛道：Orion、Gennaris、ICVP、Neuralink，以及中国团队

进入 21 世纪 10 年代后，视觉皮层假体开始从实验室走向产业，分出几条并行路线。Second Sight 的Orion走的是覆盖视觉皮层的表面电极路线，早期可行性研究显示部分受试者在日常生活中确实得到了一些帮助；但 Second Sight 和它旗下 Argus II 后来的维护困境，也成了行业最著名的伦理警示之一：植入式设备不能只管「装进去」，还得管十年、二十年的维护、升级和责任。

图6 | 2018 年 2 月，Second Sight 宣布全球首例 Orion 皮层视觉假体植入手术在 UCLA 完成。Orion 走的是覆盖视觉皮层表面的电极路线，是视觉皮层假体从实验室迈向产业化的标志性事件之一。（图据 Second Sight 公开新闻稿）

澳大利亚莫纳什大学的Gennaris尝试无线化、瓦片式多电极设计；美国伊利诺伊理工的ICVP探索无线漂浮微电极阵列；西班牙 CORTIVIS / Fernández 团队则持续推进皮层内微刺激的人体研究。这些路线合起来说明一件事：视觉皮层假体早就不是单篇论文里的奇想，而是一个正在成形的工程赛道。

真正把「通道数」推到大众眼前的，是Neuralink的Blindsight。它计划用机器人植入大量柔性电极丝，把摄像头图像编码成皮层刺激。这里得清醒一点：FDA 的「突破性器械」认定并不等于已经证明安全有效，初期视觉分辨率大概率也会很低。但它的意义在于，把视觉皮层假体的讨论从几十、几百通道，一把推进到了千、万通道的时代。

中国团队也在并跑。一方面，复旦大学团队在视网膜假体路线上展示了「复明」前沿的材料与器件创新；另一方面，北京大学脑机团队在侵入式视觉皮层假体、微创电极、癫痫患者电刺激验证、视觉编码模型和国产高通道芯片上多线推进，正在拼出一条中国自己的技术路线。对这个方向来说，真正稀缺的从来不是某个单点技术，而是人类视觉皮层数据、神经编码模型、长期安全电极、低功耗芯片和临床转化能力的系统整合。

九、为什么说它是脑机接口的「珠峰」

视觉皮层假体之所以难，是因为它一口气踩中了脑机接口里最难的几个问题。

第一，是一张高度失真的地图。视野到视觉皮层并不是等比例投影。中央凹在皮层上占的「地盘」远超它的物理面积，整张拓扑图被高度放大、折叠、扭曲。所以电极在皮层上排得再整齐，也不代表诱发的光点在视野里就排得整齐。编码系统得先读懂这张失真的地图。

第二，光幻视不是像素。单个电极诱发的知觉，可能有不同的位置、大小、形状、颜色、亮度和时间动态，有时一个电极还会诱发好几个光点，有时持续刺激下知觉还会衰退。把这些「不听话」的知觉组织成稳定可读的画面，需要远比传统显示器复杂的编码策略。

第三，是通道数和长期稳定性。真正可用的功能性视觉，很可能需要上千个稳定可控的人工知觉点，而眼下多数系统还停在几十到几百通道。与此同时，电极还得在大脑里长期工作，不被胶质瘢痕严重包裹，不出现信号衰减、移位或大面积失效。

第四，是双向闭环与可塑性。大脑不是被动的屏幕，而是会学习、会适应、也会重组的活体网络。后天盲、先天盲、不同病因、不同视觉经验的人，视觉皮层状态可能完全不同。未来的假体必须高度个体化，还得把刺激、记录、AI 编码和康复训练放进同一个闭环里通盘考虑。

十、所以，到底能不能复明？

如果「复明」指的是像健康人那样看到高清、彩色、连续、稳定的自然世界，那现阶段还远远没做到。任何把它包装成「马上让盲人重见高清世界」的说法，都得非常谨慎地对待。

但如果「复明」指的是让一部分盲人获得可用于定位、导航、识别大号字母、感知简单轮廓，并在未来逐步扩展到颜色、运动和复杂形体的功能性人工视觉，那答案是：这条路已经被一次次人体实验真实推进过，而且正在进入闭环和 AI 编码的新阶段。

真正的瓶颈，从来不只是电极数量，而是我们对大脑视觉编码规律的理解深度。谁能把功能特异性、动态绘图、预刺激状态、双向闭环、AI 编码和长期安全硬件，整合进同一台设备，谁就更接近那把钥匙。

从 LeRoy 的一瞬火光，到 Foerster 的枕叶光点；从 Brindley 的 80 个电极，到 Dobelle 的导航演示；从犹他阵列读出字母，到 Neuralink 把通道数推向千、万级；从国外团队的长期探索，到中国研究者在人类颅内电生理、视觉编码和产业转化上的加入，这从来不是一个「突然爆发」的故事，而是一场跨越两个半世纪的接力。

人类离真正攻克盲人视觉重建的那一天，还有不少硬骨头要啃。但方向已经越来越清楚：不是在大脑里装屏幕，而是学会用大脑自己的语言，重新写入一片世界。

参考文献：

• Brindley GS, Lewin WS. The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex. Journal of Physiology. 1968.

• Dobelle WH. Artificial vision for the blind by connecting a television camera to the visual cortex. ASAIO Journal. 2000.

• Murphey DK, Yoshor D, Beauchamp MS. Perception matches selectivity in the human anterior color center. Current Biology. 2008.

• Murphey DK, Maunsell JHR, Beauchamp MS, Yoshor D. Perceiving electrical stimulation of identified human visual areas. PNAS. 2009.

• Parvizi J, Jacques C, Foster BL, et al. Electrical Stimulation of Human Fusiform Face-Selective Regions Distorts Face Perception. Journal of Neuroscience. 2012.

• Hirshorn EA, Li Y, Ward MJ, et al. Decoding and disrupting left midfusiform gyrus activity during word reading. PNAS. 2016.

• Aminoff EM, Li Y, Pyles JA, et al. Associative hallucinations result from stimulating left ventromedial temporal cortex. Cortex. 2016.

• Schalk G, Kapeller C, Guger C, et al. Facephenes and rainbows: causal evidence for functional and anatomical specificity of face and color processing in the human brain. PNAS. 2017.

• Beauchamp MS, Oswalt D, Sun P, et al. Dynamic stimulation of visual cortex produces form vision in sighted and blind humans. Cell. 2020.

• Fernández E, Alfaro A, Soto-Sánchez C, et al. Visual percepts evoked with an intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex. Journal of Clinical Investigation. 2021.

• Wang Q, Luo L, Wang J, Luan GM. Color Perception Matches Selectivity in Human Early Visual Cortex. Brain Stimulation. 2020, 13: 253-255.

• Wang Q, Chen G, Wang X, et al. Prestimulation neuronal activity predicts visual awareness of phosphene elicited by intracranial electrical stimulation. Brain Stimulation. 2024.

• van der Grinten M, et al. Towards biologically plausible phosphene simulation for the differentiable optimization of visual cortical prostheses. eLife. 2024.

• Fernández E, Robles JA. Advances and challenges in the development of visual prostheses. PLoS Biology. 2024.

• Grani F, Soto-Sánchez C, Rodil Doblado A, et al. Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: a step toward a bidirectional cortical visual prosthesis. Science Advances. 2025.

• Lozano A, Chen X, Fernández E, Roelfsema PR, et al. Large-scale mapping of artificial perceptions for neuroprostheses using spontaneous neuronal activity in macaque and human visual cortex. Brain Stimulation. 2026.

• Second Sight / Cortigent / Vivani 关于 Orion 早期可行性研究与后续临床计划的公开资料；Neuralink 关于 Blindsight 的公开资料；以及中国相关团队与企业的公开报道。发布前建议对最新年份、临床节点与公司状态做二次核校。

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