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【天富平台登录入口】宾夕法尼亚大学仿生视觉让盲人重见光明

早期的人类靠捕猎为生,为了更好的捕猎,他们的视觉系统不断进化。当人类凝视着一个不变的物体时,他们的大脑并没有为传入的信息而兴奋。但是,如果瞪羚从草地上跳下来,它们的视觉皮层就会兴奋起来。

对运动的神经系统的研究可能是恢复盲人视力的关键。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院神经外科的新任主席丹尼尔·约索尔(Daniel Yoshor),正在研究人类进化,他使用脑植入物刺激视觉皮层的方法。他说:“我们利用的是大脑在感知方面的固有偏见。”

他最近在生物电子医学峰会上用“动态电流转向”描述了他的实验,并于5月在《细胞》杂志上 发表了这项研究。通过用电在大脑表面上追踪形状,他的团队正在产生一种相对清晰且功能齐全的仿生视觉。

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Yoshor参与了Orion植入物的早期可行性研究,该研究是由洛杉矶公司Second Sight开发的,Second Sight在视力障碍人士的技术解决方案方面一直处于领先地位。

2013年,美国食品药品监督管理局批准了Second Sight的视网膜植入系统Argus II,该系统使用安装在眼镜上的摄像机将信息发送到眼睛视网膜中的电极阵列。用户报告看到的光线很暗,通常足以在街道上导航或发现转向他们的脸部的亮度。但这远非正常的愿景.2019年5月,该公司宣布将暂停生产Argus II,以专注于其下一个产品。

该公司在过去的一年中经历了艰难的时刻:3月底,它宣布关闭业务,理由是COVID-19对其获得融资能力的影响。但是在随后的几个月中,该公司宣布了一项新的业务战略,首次公开发行 股票,并最终在9月份恢复了Orion植入物的临床试验。

Orion系统使用相同类型的眼镜式摄像机,但是它将信息发送到大脑视觉皮层顶部的电极阵列。从理论上讲,它可以比视网膜植入物帮助更多的人:Argus II仅被批准用于患有色素性视网膜炎的眼病患者,其中视网膜中的感光细胞受损,但其余视觉系统仍保持完整且能够向大脑传达信号。通过直接将信息发送到大脑,Orion系统可以帮助对眼睛或视神经造成更广泛损害的人。

到目前为止,已有六名患者接受了Orion植入物,每个患者都有60个电极的阵列,这些电极试图代表相机传输的图像。但是,想象一下由60像素组成的数字图像-您获得的分辨率不会很高。

Yoshor表示,他在动态电流控制方面的工作始于“以下事实:通过静态刺激将信息输入大脑无法正常工作。” 他说,一种可能性是,更多的电极可以解决该问题,并且大声地想知道他可以用大脑中成千上万个电极(甚至一百万个)来做什么。他说:“当我们的工程技术赶上我们的实验想象力时,我们渴望尝试一下。”

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在没有这种硬件可用之前,Yoshor专注于指导电极将电脉冲发送到神经元的软件。他的团队已经与两名失明的Second Sight志愿者以及有视力的人(癫痫患者的大脑中有临时电极以绘制癫痫发作图)进行了实验。

如果将字母的静态形状压入人的手掌,则该人通常无法识别该形状。然而,将字母形状描绘到人的手掌中是一种普遍的感知医学测试。研究员丹尼尔·约索尔(Daniel Yoshor)正在采取类似的方法,对视力丧失的人进行动态的脑部刺激。

约瑟尔说,了解动态电流转向的一种方法是想到医生通常用来测试知觉的一种技巧-他们在病人的手掌上绘制字母形状。他说:“如果只是将“ Z”形按入手中,就很难检测出它是什么。“但是如果绘制它,大脑可以立即检测到它。” Yoshor的技术基于已知的有关人的视野如何映射到大脑特定区域的信息而做类似的事情。研究人员已建造这个初级视地图 通过刺激视觉皮层的具体地点,并要求人们在那里他们看到光的亮点,被称为幻视。

令Yoshor失望的静态刺激本质上是试图从磷化氢产生图像。但是,约瑟尔(Yoshor)说:“当我们进行这种刺激时,患者很难将膦结合成视觉形式。我们的大脑不会那样工作,至少在我们目前能够采用的原始刺激形式下。” 他认为,磷光体不能像数字图像中的像素一样使用。

通过动态电流控制,电极可以依次刺激大脑,以在视野中追踪形状。Yoshor的早期实验使用字母作为概念证明:盲人和有视力的人都能够识别M,N,U和W等字母。该系统还有一个额外的优势,就是能够刺激稀疏电极之间的点。 ,他补充说。通过逐渐转移流向每个电极的电流量(想象电极A首先获得100%,电极B获得零%,然后转移到比率80:20、50:50、20:80、0:100),系统激活间隙中的神经元。他说:“我们可以对刺激顺序进行编程,这非常容易。”

但是Second Sight并不是从事皮质视觉假体修复工作的唯一实体。一个活跃的项目在澳大利亚的莫纳什大学,那里的一个团队一直在为其Gennaris仿生视觉系统的临床试验做准备。

Monash Vision Group的负责人,电气和计算机系统工程学教授Arthur Lowery说,Yoshor的研究似乎很有希望。“最终目标是让大脑感知尽可能多的信息。由于这个原因,使用顺序刺激在相同的电极上传达不同的信息非常有趣,”他在一封电子邮件中告诉IEEE Spectrum。“当然,这提出了其他问题,例如在显示运动图像时应同时激活多少个电极。”

Yoshor认为,借助当今计算机视觉和AI的进步,该系统最终将能够处理复杂的移动形状,尤其是当大脑中有更多电极来表示图像时。他想象着一个微处理器,它将人们在日常生活中遇到的任何图像转换成动态刺激的模式。

他推测,也许该系统甚至可以针对不同情况设置不同的设置。“可能存在一种导航模式,可以帮助人们在行走时避开障碍物;假肢可以快速追踪面部轮廓的另一种对话方式。”他说。这是一个遥不可及的目标,但约瑟尔说他清楚地看到了这一目标。

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