一個意外,腦機接口試驗讓盲人恢復了視力
一位失明超過3年的65歲盲人,參加腦機接口試驗後能看見東西了,從此可以更穩地走路和拿住杯子。
然而,這完全是個意外,試驗原本沒有指望幫助盲人復明。
目前,研究人員還不明確他的視力是如何恢復的,也不知道復明能不能再次發生在其他人身上。
不過,這個案例帶來了一線微光,預示曾經被判定爲永久失明或其他功能障礙的人們,也許存在恢復的可能。
腦機接口試驗參與者 | UMH
試驗原本的目標,是讓盲人用大腦直接“看”東西
這個意外,出現在一項開創性的臨牀試驗中,相關發現於2026年2月3日發佈在期刊《大腦通訊》(Brain Communications) 上。
試驗由西班牙的米格爾·埃爾南德斯·德埃爾切大學(Universidad Miguel Hernández de Elche, UMH)和 CIBER 生物工程、生物材料與納米醫學研究中心(CIBER-BBN)進行,原本目的是評估一種腦機接口能否安全有效地爲盲人創造“人造”視覺,而不是幫助恢復自然視力。
連接計算機與大腦的,是一個由100個微電極組成的陣列,邊長4毫米。醫生通過一次小型開顱手術,把陣列植入參與者的初級視覺皮層,也就是負責處理視覺信息的大腦區域。
A 猶他電極陣列及比例尺;B 研究人員手持的猶他電極陣列;C 植入部位示意圖 | 參考文獻[1]
這塊方形小“針板”是怎麼創造出視覺的呢?比如,盲人面前的屏幕上出現一個字母“O”(如下圖),首先眼鏡上的攝像頭拍下“O”,計算機實時將“O”簡化成由一圈光點組成的低分辨率圖像。
接下來,光點位置等信息被轉換爲電刺激指令,並傳輸到對應的電極。電極根據指令向周圍神經元放電,神經元被激活,讓大腦誤以爲接收到了來自眼睛的真實光信號。
每個電極放電時,盲人都會在對應的視野位置“看到”一個明亮的光斑,多個電極同時放電,光斑就拼成了一個圈。最後,經過訓練和適應,盲人的大腦學會把這個圈解讀成字母“O”。
左圖-盲人在通過腦機接口閱讀屏幕上的字母;右圖-陣列中激活的電極,和盲人“看到”後畫出的圖像 | 參考文獻[2](經編輯)
簡單講就是,計算機在“針板”上拼出什麼圖形,盲人眼前就會大致顯現什麼圖形。目前,由於電極數量有限,光點只能拼出一些簡單的形狀,盲人也就只能閱讀超大字母、粗略辨認傢俱輪廓和桌上物品。
這種人工視覺感知方法,並沒有恢復盲人的自然視力,而是新開闢了一條直通大腦的信息輸入通道。新通道繞過了自然視覺感知的前半部分,也就是眼前景象投影到視網膜,視網膜把光信號轉化爲電信號,視神經把電信號傳遞到大腦的過程。
全球多個研究團隊都在探索視覺皮層電刺激方法,希望以此恢復嚴重視網膜或視神經損傷患者的視覺感知。然而,這種方法距離進入臨牀仍然有距離,剩餘挑戰包括理解背後的複雜神經迴路、確定最佳刺激參數和解決個體差異等。
本試驗原本的目的,正是試圖回答這些問題。
圖:自然視覺通路及視覺皮層電刺激通路 | 參考文獻[3](經編輯)
醫生不相信盲人看見了,但每個姿勢他都說對了
帶着這樣的目標,研究人員爲參與者們植入了微電極陣列(截至論文發佈時共有4人蔘與試驗)。
令研究者驚訝的是,其中一位參與者在手術後兩天,報告看到前方有光亮和影子移動,這是他完全失明後第一次看到東西。爲方便敘述,下面將這位參與者簡稱爲“A”,這不是論文中的標識代號。
A是一位65歲男性,右眼失明發生在2018年底,6周後他的左眼也失明瞭。雙眼失明的原因是一種由供血不足導致的視神經病變——非動脈炎性前部缺血性視神經病變(Non-arteritic Anterior Ischemic Optic Neuropathy, NAION)。
NAION是一種嚴重的、通常不可逆的疾病。發作後,少數患者視力可有所恢復,但一般發生在幾周內,很少超過2~3個月。而A的視覺恢復,發生在完全失明後3年零10個月,屬於極其罕見的情況。
NAION是中老年人最常見的急性視神經疾病,通常表現爲早晨起牀時視力突然下降,嚴重時完全失明。危險因素包括年齡50歲以上、男性、高血壓、糖尿病、血脂異常、睡眠呼吸暫停等|圖蟲創意
剛加入試驗時,A分辨不出眼前有沒有光亮,雙側瞳孔散大,右眼對光線無反應,左眼有幾乎看不出的極微小反應。至於視力測試,由於他無法看到屏幕在哪裏,幾乎全部無法進行。
A報告能看見的那一天,研究剛開始校準系統,進行了一些電刺激,但還沒有讓他“看”視覺訓練圖像。由於研究人員曾經觀察到,電極植入視覺皮層後最初幾周,人們可能會“看到”一些不存在的光亮,因此以爲再次發生了這種情況,向A做了解釋。
然而,A堅持說能辨別一些研究人員的動作。於是,一位研究人員在A面前揮動手臂,讓他描述姿勢,沒想到每一次都做對了。
A模仿研究人員的姿勢| 參考文獻[1]
視力提高23倍,腦機接口移除後依然能看見
接下來的幾個月裏,試驗按計劃繼續,A每天接受電刺激並進行至少30分鐘的視覺訓練,包括搜索、識別、區分和/或追蹤各種物體、形狀、字母和數字,練習難度逐步增加。
A逐漸可以識別形狀和字母,拿取東西時的動作更加平順,四處活動時也更加自信了。雖然視力遠遠不如失明前,但他說,恢復的這部分視力已經提高了日常生活能力和信心,也讓自己獲得了更多獨立性。
在A感覺到恢復的同時,視力評估結果也發生了驚人的改善。對於光與運動基礎評估,他從術前連屏幕都看不到,恢復到了100%正確識別光和運動方向,並且試驗結束後也沒有退步。
光與運動基礎評估(Basic Assessment of Light and Motion, BaLM)中,A在辨別方向| 參考文獻[1]
A在訓練中指認物體位置| 參考文獻[1]
另一項評估,弗萊堡視力對比度測試,也顯示出了視力恢復。A的測試結果在術後持續改善,當開始電刺激時達到最高水平,雙眼、左眼和右眼的評估結果比術前提高了23倍、19倍和15倍。腦機接口被移除後,視力有所下降,但仍比術前提高了11倍。
弗萊堡視力對比度測試(Freiburg Acuity and Contrast, FrACT)測試結果,最佳視力出現於術後6個月、電刺激開始時 | 參考文獻[1]
除了直接的視力測試,研究還評估了視覺誘發電位,用以客觀測量外部視覺刺激能否傳達到大腦皮層,也就是大腦知不知道眼睛正在看東西。
術前,電信號幾乎檢測不到,反映了A嚴重的視覺通路損傷。然而幾個月內,電信號逐漸重新出現並增強,確認了真實可測量的恢復。
這些測試結果的改善,與A重新獲得的生活能力相匹配。
A左眼的視覺誘發電位(Visual evoked potentials, VEPs)測試結果| 參考文獻[1]
目前僅此一例,但大腦恢復潛能的邊界已被突破
A的自然視力得到了顯著而且長期的改善,但加入同一項試驗的另外三位參與者沒有這麼幸運。
對於僅此一例的視力改善,研究人員還不明確其背後的根本機制。一種假說是,電極陣列的植入與視覺皮層的電刺激,產生了類似神經營養因子的作用,改善了視覺信息處理功能。由於腦機接口移除後改善仍存在,所以恢復不是來自電刺激的直接影響,而是持久的神經適應。
這一見解可能爲設計康復方法提供新方向,經顱電刺激或經顱磁刺激等非侵入性腦刺激技術,有希望幫助視網膜或視神經疾病患者保留或恢復視力,甚至幫助其他類型神經系統疾病患者康復。刺激技術不僅限於替代,更是修復。
研究人員還認爲,視覺訓練和A的高度努力,也許顯著促進了視力的部分恢復。高強度訓練和電刺激,可能有助於增強部分受損視覺通路的功能,使結構和功能的重組超越原本的恢復極限。
無論支撐視力改善的是哪些機制,改善本身都挑戰了醫學界長期以來的一個假設:完全視神經損傷後,視力將永久性喪失。A的經歷表明,在失明數年後,部分恢復視覺功能仍然是有可能的。
儘管這一案例展示出視力恢復的希望,研究人員提醒,恢復僅出現在一位參與者身上,A獨特的個體特徵可能是重要的促成因素,比如失明病因、持續時間和病理情況等。還需要未來的研究判斷,這是孤立事件,還是可以重複出現在其他患者身上的現象。並且,面對不同特徵的患者,刺激參數仍需進一步研究來優化。
正是因爲人與人之間存在差異,相同治療會帶來不同結果,研究人員特別感謝了A和所有其他參與者,“沒有人蔘與試驗是爲了重新看見,而是深知,自己的貢獻有助於推動人類理解視覺相關的複雜神經對話”。
腦機接口試驗參與者 | UMH
參考文獻
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[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:代天醫
編輯:odette
封面圖來源:UMH
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