作者：顾凡及

视觉占据了人类感知信息的八成以上，对失明者而言，重见光明是毕生的期盼。2025年，马斯克宣称其脑机接口公司Neuralink推出的视皮层假体“盲视”（Blindsight），将让盲人恢复视力，甚至实现“超人般”的多波段视觉。他的豪言真的可以实现吗？

事实上，此前已有多家企业依托不同技术路线研发出多种视觉假体，并恢复了一定的视力。在这场让盲人复明的“技术竞赛”中，各家研发的进展如何？本文将深度拆解各类视觉假体的利弊得失，剥离科幻光环，回归科学本质。

人们经常说，“要像爱护眼睛那样爱护……”，足见视觉在人们心目中的重要性。确实，科学家也估算出我们所接收到的所有感觉信息中，视觉信息要占到八成。因此对盲人来说，哪怕只是恢复很小一部分视力都是天大的喜事。

现在治疗非神经性的致盲，如白内障和角膜变性，都已不再是难事。但是当致盲原因是神经性的时候，如视网膜黄斑变性（AMD），甚至整个眼球受伤，治疗依然是很大的挑战。虽然从生物学层面，研究者已研发出基因疗法等创新技术，但是目前基因疗法只能减缓病程，难以恢复已损伤的视觉。因此科学家开始探索工程技术路径，用脑机接口来恢复视觉。

其实，用脑机接口恢复视觉的思想由来已久。早在1967年，英国生理学家布林德利（Giles Brindley）就为一名盲人的视皮层中植入80个铂电极，通过电刺激使患者产生光感，患者能辨认简单图形。这可以说是开了视觉皮层假体的先河。[1]2004年，视觉仿生学公司（Optobionics）报告了首次人体视网膜神经假体的植入试验结果。[2]不过，其后的进展都不显著，未能引起多大注意。

最近，视觉假体之所以重新引起人们的极大关注，在笔者看来是出于两大原因：一是公关奇才马斯克在其Neuralink公司推出使瘫痪病人重新获得行动能力的脑机接口“心灵感应”（Telepathy）之后，又宣称即将推出可望使失明病人获得“超人视力”的脑机接口“盲视”（Blindsight），吊起了公众的胃口；二是曾和马斯克于2016年一起创立Neuralink公司，并曾任该公司总裁的霍达克（Max Hodak）在离开Neuralink公司之后，在2021年创立了一家研发脑机接口的“科学公司”（Science Corporation），该公司推出一款视网膜假体PRIMA（光伏视网膜植入物微阵列[photovoltaic retinal implant microarray]的缩写），可使黄斑变性导致中心视力受损的患者重获读书能力，引起轰动。

本文试图介绍一下视觉假体，包括视网膜假体（这又分成视网膜上假体、视网膜下假体和脉络膜上假体三种不同的技术路线）和视皮层假体[3]，并探讨这些不同类型的视觉假体的优缺点。

不同视觉假体的安放位置。丨图源：参考文献[3]

视网膜假体

视网膜上假体：这种假体包括一个能把光线转换为电信号的摄像头，摄像头和信号发射装置被装配在一副太阳镜的镜架上，信号被传送到佩戴在腰带上的视频处理器进行处理。处理器按像素的亮度将视频信号转换成幅度不同的电脉冲信号，并传送到眼镜上的初级天线发射。植入在眼球内的接收器-次级天线无线接收来自体外发射器的电信号，并通过微电缆将信号传送到视网膜上和玻璃体交界处的电极阵列，同时无线充电。电极阵列产生的电脉冲刺激神经节细胞，也就是视网膜的功能输出端，使其产生神经脉冲，然后经视神经传送到大脑相应区域，由此引起视知觉。

2004年美国食品药物管理局（FDA）批准第二视力（Second Sight）公司的视网膜上假体Argus I进行临床试验。这个型号的假体有16根电极，当时科学家只期望盲人装了它以后能区分明暗，但令人喜出望外的是，一位受试者经过一段时间的训练之后，甚至可以区分杯子、盘子和刀，对运动也有光感，行走时能避开大的障碍物。2015年，同一受试者在另一只眼中又植入了有60根电极的该公司第二代产品Argus II。据称第二代产品在空间分辨率上有所改善。截至2019年底，超过350名患者植入了Argus II设备。

视网膜上假体的一个根本性缺陷是，其刺激部位是视网膜的输出端。

视网膜本身是一个复杂的神经网络，但从信息处理的角度，可以简化为由三层神经元结构组成。最外层是输入端，约有1.5亿个感光细胞，就像图像接收装置上的每个感光像素，它们接收的是像素信息，负责将光线转换为神经信号。中间一层是约1亿个双极细胞，起到中间加工处理的作用。最里面一层是150万个神经节细胞，它们连同视网膜中的两层横向联系的中间细胞做了进一步的信息处理，其轴突汇成视神经，把处理好的信号送进大脑，这也就是视网膜的输出端。

由于感光细胞和神经节细胞数量上的巨大差异，信息从输入端到输出端已被压缩了大约100倍，信号已经不再是简单的像素了，而是被转化成了更抽象的信息。因此在视网膜输出端直接投射一幅原始图像，激活的就不是一个一个像素，神经节细胞得不到它在自然视觉情况下经过前面的神经网络处理后的信息，像素信息对其来说只是一堆“乱码”，脑把电刺激神经节细胞解释为某种“光幻视”（零散闪烁的光点），也就是相应于视野某处的光感。虽然神经节细胞和视野之间存在某种拓扑对应关系，并且大脑具有可塑性，患者在经过训练之后可以看到某种模糊的形状、区分明暗和行动时避开障碍物，但这远非自然视觉。

因此，研发此类视网膜假体真正的困难在于：对每个神经节细胞来说，我们不知道其前面的网络对外界图像已经做了怎样的处理，应该用怎样的刺激模式去刺激它们。如果要想精确地注入信号，就需要针对每个患者进行极其复杂的校准，涉及巨量参数，这在实际操作中很难做到。这一点对视皮层假体来说也存在同样的困难。

此种视网膜假体的另一个难点是，要设法把电极固定在视网膜表面上。这些电极也可能会刺激远处神经节细胞的旁路轴突，导致错误感知光斑位置或颜色。此外，由于这种设计必然包含护目镜或头盔等固定在头部的外部摄像头，因此只能使用头部运动（而非眼球运动）来进行物体的视觉定位；眼球微跳（microsaccades）也无法帮助刷新正在消退的感知。

综合上述，可以猜测，这些缺点并非能够通过单纯增加电极数克服，再考虑到其投资和回报，它并不成功。在过去24年里，第二视力公司共投资了3亿多美元，但是在开发出第二代产品的七年时间里，Argus II的销售总收入不到3200万美元。公司不得不于2019年5月宣布，停止Argus II系统的生产。这给植入了Argus II的患者带来了很大的问题，他们无法再接受设备的维护或更新。如果仿生眼坏了，用户就会再度失明，而且植入物导致患者不能接受核磁共振成像检查，并可能导致其他医疗并发症。移除假体是可能的，但这个过程既痛苦又昂贵。从第二视力公司的兴衰史来看，走视网膜上假体这条路并不平坦。2019年，第二视力公司转向视皮层植入物Orion系统的开发和商业化。关于Orion，我们后文再谈。

视网膜下假体：这种假体是把光伏器件/电极阵列放置在视网膜下方，替代失去的光感受器，把光信号转换成电信号刺激双极细胞，也就是把假体设置在视网膜的功能输入端。因此，视网膜下假体输入的像素信号和双极细胞在自然视觉下接收到的信号是相当类似的，可以“自然”解码。至于对双极细胞发出的信号的进一步处理，就留给患者依然保存完整的视觉系统了。

这类假体的优势是，其阵列在植入后的位置相当于对应的光感受器的位置，定位比较容易，也不用创伤性的固定方法。另外，眼球运动可用于帮助定位物体，微跳可防止图像消退，并且身体外部没有植入物的可见部件。然而，这种方式对手术要求更高，而且因为每个像素的传感器阵列、放大器和电极都需要被压缩到厚度为100微米的芯片上，这对芯片设计和制造提出了更高的要求。

视网膜下假体的早期代表是德国Retina Implant AG公司的Alpha AMS和法国Pixium公司的PRIMA。在2019年底前，有72名患有色素性视网膜炎的患者植入了Alpha IMS/AMS，5名患有年龄相关性黄斑变性的患者植入了PRIMA设备。植入这些设备的患者能够定位、区分和识别物体，检测和区分运动，识别字母并进行有限的阅读。Alpha AMS恢复的最佳视力达到20/500[注释1]，PRIMA为20/460。尽管内层视网膜在失明多年后仍然存活，但个体患者实际获益较难预测，而设备价格又相当高昂（每台设备在10万欧元范围内），视网膜下Retina Implant ALPHA AMS已于2019年停产。Pixium公司的PRIMA也遇到财务困境，但被看好它的“科学公司”收购，后者继续研发并沿用了PRIMA这个名字。

[注释1]：这是一种视力度量，正常视力为20/20。度量20/X中的分子20表示被试在20英尺处能辨别的最小字母，分母X表示正常被试在距离X英尺处，也能识别待测被试在20英尺处才能辨别的最小字母。因此X越大，被试的视力越差。

PRIMA是一枚仅2毫米×2毫米的微型芯片，其上有378个独立像素。它被植入到眼球后方、视网膜的下面，手术过程需要80分钟。患者需要佩戴一副特制眼镜，眼镜上装有一个微型摄像头和一个红外光投影仪。摄像头负责“看”外面的世界，然后投影仪把画面转换成红外光投射进眼睛里。当红外光打到芯片上时，芯片就像一块微型太阳能板一样吸收光能，这时光转换成电，通过电极刺激紧贴在它上方的双极细胞。之所以要转换成红外光，是因为这样可以不干扰残存感光细胞的功能。这一系统还有一个外带的信号处理器，能够处理图像，提高清晰度和放大图像。它还具有缩放功能，可以改变植入物上图像的大小，但会相应影响视野范围。

PRIMA系统丨图源：Ophthalmology Science,2024;4

PRIMA芯片植入部位丨图源：参考文献[3]

芯片阵列结构图，左下方六边形中心为电极，其边上有三块光伏器件。丨图源：参考文献[3]

霍达克之所以看好PRIMA是因为它植入在视网膜的输入端，该技术能让晚期黄斑变性患者恢复视力——不是模糊、隐约的光感，而是“形态视觉”。在已完成的对38名患者的临床试验中，科学公司表示80%的患者能够重新阅读，每次两个字母。他们还能打牌、玩填字游戏。其中一位已经失明十年、无法辨认面孔的患者，在接受植入后，能读出视力表上的每一行字母。霍达克声称：“据我所知，这是首次在盲人患者中明确证明能够恢复流畅阅读能力，”他估计每例手术最初费用为20万美元，只要每月能收治50名患者就能盈利。

他们在英国和欧洲招募了38名60岁及以上的参与者，其中有6人在一年期限前退出。为了测量视力的改善情况，研究人员使用了标准视力表。志愿者的起始平均视力为20/450。一年后，留在试验中的32人能够比试验开始时平均多看清视力表上近5行，视力平均提高到20/160。有些参与者甚至能够利用植入物内置的变焦和放大功能看到20/63的视力（代价是视野更小）。不过，试验有5人视力完全没有改善。

PRIMA目前还没做到完全恢复正常视力，它是黑白的，视野范围也比较小。但霍达克声称：“我确实认为可以接近原生视力水平，也就是正常的20/20视力，我们现在肯定还没达到，但我看得到未来路径——能够加入色彩，填充更大的视野范围。在未来十年内，我认为这是可能的。关键在于，患者看到的不是一堆零散的光点闪烁，而是一个连贯的、有形状的画面。”

当然，PRIMA的主要局限性在于，它只能用于感光细胞坏死的盲人，对于由其后视觉神经系统病变所造成的失明就无能为力了。但是考虑到此类病人已经是一个数量巨大的群体，在笔者看来，这依然是当今最有前途的视觉假体。

国内也有好消息，复旦大学联合中科院上海技术物理研究所开发出覆盖可见光至近红外二区（470-1550nm）的视网膜下假体。假体以碲纳米线网络取代受损的光感受器，其光电转换效率很高。这一无源人工光感受器无需外部供电，仅凭光线即可自主工作。若临床转化成功，患者可无需外加设备，仅靠一次微创且可逆的视网膜下植入，即可重获可见光视觉，并将感知范围拓展至红外波段。

脉络膜上假体：此类假体通过巩膜隧道从眼球后部插入电极阵列，并将其定位在脉络膜上方（因此，它们从一定距离处刺激视网膜输入层）。[4]

脉络膜上植入是一种相对简单且侵入性较小的方法。然而，由于与神经元层距离较远，必须使用较大且间距较宽的电极，这限制了空间分辨率。像素数少于500个时，有用的视觉性能会急剧下降。

视皮层假体

对视皮层假体的开发其实早于视网膜假体，也就是在大脑视皮层植入电极。如前所述，早在1967年，英国生理学家布林德利就为一名盲人在其视皮层中植入80个铂电极，排成2维阵列，通电后其中有37个电极刺激使患者产生光感。经过5年以上的观察，患者能辨认简单图形。之后这方面的研究虽然间或也有报道，但是始终进展不大。美国人布莱恩·巴萨德（Brian Bussard）在2016年完全失明，2022年伊利诺伊理工学院的科学家在其脑中植入了25块微型芯片，每块芯片上有16个电极。最终他能识别一些简单图形，例如从四个不同物件里选出他想要的盘子，据他自己说，像是看到了“雷达屏幕上的光点”。2023年美国匹兹堡大学的科学家把电极数增加到了1024个，实验猴经训练后能识别字母。其他实验也仅仅使盲人能识别非常简单的图形，能在行动时避开障碍物。

现在有多项假体植入早期视觉区和纹外枕叶皮层，诱发具有视网膜对应位置表征的光幻视。我们且以前文中提到过的Orion系统为例来说明这些研究现在的进展[5]。最初开发Orion系统的第二视力公司，现在成为Vivani Medical公司的一个全资子公司，并更名为Cortigent。

Orion系统配备一个无线供电和控制的植入式脉冲发生器，该发生器连接到一个由60个微电极组成的阵列，用于植入盲人大脑视觉皮层表面。该系统还包括一个佩戴在腰带上的小型处理单元，可将专用眼镜中摄像头捕捉的实时视频流转换为无线指令，精确刺激神经元群体，并产生光点，从而提供视觉感知。

2026年1月北美神经调控学会（NANS）年会上，Cortigent公司宣布了他们迄今为止所取得的进展：

-六名受试者于2018年1月至2019年1月期间接受了植入。研究于2025年3月结束。

-经过使用Orion系统的培训和体验后，所有受试者在视觉功能测试中（检测电脑屏幕上的小方块以及检测视野范围内的运动）均有所改善。

-所有设备在整个研究期间保持功能正常，功能丧失的电极比例低于4%。

-三名受试者在各自完成3年访视后安全地移除了设备，另有一名受试者在研究结束时安全地移除了设备。

-研究早期发生了一起严重不良事件，即癫痫发作。调整刺激模式后，均未再观察到癫痫发作或其他严重不良事件。

这些结果表明Orion皮层刺激系统在6年内具有安全性和可靠性，并且能够产生对光线和形状的感知。这种感知通常表现为小光点，通过扫描和重复练习，患者学会解读周围环境并执行基本的日常任务，例如找到门口、察觉他人的存在、沿着人行横道行走或定位一个物体。他们的下一步将是在与美国FDA讨论后，计划一项更大规模的关键性临床试验，以寻求上市批准。

除了Orion系统之外，还有一些类似的视皮层假体研究，例如蒙纳士大学研发的“Gennaris系统”。它有473个或以上的电极，据报道其效果和Orion系统相仿，正在寻求临床试验。[6]我国的“明视脑机”也开发了一套视皮层假体系统，据称可以重建复杂图形与颜色的视觉；[7]还有报道称它甚至能重建灰度编码。[8]但是由于该团队至今尚未有经同行评审的论文发表，他们如何能解决霍达克所提出的在输出端刺激所带来的困难，特别是全盲病人不能给出任何刺激反馈的情况下，以及如何解决不同特征的绑定，还有待观察。

从上述最新报道和以往有关其他视皮层假体的报道来看，没有任何皮层植入设备显示出比现有视网膜假体设备更明显的视觉功能改善。当然，视皮层假体也有比视网膜假体强的一个方面，那就是如果整个视网膜甚至眼球都全毁了，那么视皮层假体虽不理想，也成了除感觉替代之外的唯一选择。

小结

从以上对视觉假体的分析来看，现在备受关注的马斯克的脑机接口“盲视”，虽然被马斯克宣称为可以“超越普通人的视力”。但这样的说法是在偷换概念，把能接收可见光之外的电磁波刺激当作超视觉，其实这是视网膜假体，甚至感觉替代装置早就实现了的。其实，笔者可以预言，他的“盲视”连人的正常视觉都做不到，最多只是比较密集的一堆光幻视的集合，可以粗略地辨认形状和避开障碍而已，远远谈不上“超越普通人的视力”。对盲人患者来说真正需要的是“雪中送炭”，而不是“锦上添花”。

本文转自：凤凰网科技

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