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中国科学家通过脑机接口 使失明动物恢复视觉功能

(上海6日综合电)生活在黑暗中的盲人所忍受的痛苦,正常人无法体会。中国科学家团队借助脑机接口技术,成功恢复失明动物的可见光视力,有望让后期致盲的人群“看”到了复明的希望。

经过7年攻关,复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏/王水源团队、脑科学研究院张嘉漪/颜彪团队联合中国科学院上海技术物理研究所胡伟达团队合作开发出全球首款光谱复盖范围极广(470—1550纳米,从可见光延伸至近红外Ⅱ区)的视觉假体——碲纳米线网络(TeNWNs)视网膜假体。

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该假体无须依赖任何外部设备,即可使失明动物模型恢复可见光视觉能力,还能赋予动物感知红外光,甚至识别红外图案的“超视觉”功能。

美国杂志《科学》于周五(6月6日)凌晨发布了这一研究成果。

团队成员介绍,该假体植入眼底后,可在视网膜中替代凋亡的感光细胞接收光信号,并将其转化为电信号。这是一种广义脑机接口技术。在光的照射下,它能高效产生微电流,直接激活视网膜上尚存活的神经细胞,恢复生物体对光的感知能力。

复旦大学集成晶片与系统全国重点实验室青年研究员王水源介绍说:“国际上有些类似的视觉修复的研究,采用光电二极管的技术路径,植入之后在脑部还需要安装额外的互连线以及供电模块和摄像头等,技术路线比较繁杂。同时,还会受制于光电转化的限制。”

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TeNWNs突破了这些传统的技术局限,这种完全自供电、无须外接设备的特性,成功让实验室里的失明小鼠重新获得了对可见光的感知能力。

该假体已在小鼠和非人灵长类动物成功进行实验,为后续推进临床应用转化奠定了重要基础。这种完全自供电、无需外接设备的特性,未来有望帮助全球超2亿的视网膜变性(感光细胞死亡)患者“重见光明”。

TeNWNs修复和增强盲人视觉示意图及作用机制。(图:复旦大学)

据报道,该假体的光电流密度达到了当前已知体系的最高水平,并首次实现了国际上光谱复盖最宽的视觉重建与拓展,范围横跨可见光至近红外二区。换言之,该假体不仅能修复可见光视觉,更能将视觉感知拓展至红外波长范围,在“彷生修复”外实现“功能拓展”。

然而,这也带来对医学伦理的挑战。因此,团队成员表示,此项研究暂时不会进入临床试验阶段。

据介绍,该团队采取了双轨并行的研究策略,同步探索针对针对失明的基因治疗手段和开发假体材料进行生物替代,针对疾病的不同阶段进行有针对性的治疗。

复旦大学脑功能与脑疾病全国重点实验室/脑科学研究院/附属眼耳鼻喉科医院研究员张嘉漪说:“在疾病早期阶段,可以尝试基因治疗等生物干预;到了晚期,若感光细胞已凋亡且缺乏生物靶点,则可以采用假体进行替代。”她指出,这两种路径相辅相成,有望复盖更多处于不同疾病阶段的失明患者。新成果将有望改写“人造视觉”技术规则。

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