最新發(fā)表在PNAS上的文章"Retinal prosthetic strategy with the capacity to restore normal vision " 報(bào)道了威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院科學(xué)家們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存視覺(jué)信息方面的最新研究成果?，F(xiàn)有的用于盲人導(dǎo)航的假體只能識(shí)別光點(diǎn)和光形成的邊界。這種新型儀器能夠提供常規(guī)視覺(jué)信息的代碼,，這種代碼很準(zhǔn)確,，甚至能夠讓使用者識(shí)別面部信息還能夠追尋移動(dòng)圖形。
Sheila Nirenberg博士是維爾康奈爾的一位計(jì)算神經(jīng)生物學(xué)家,，他希望有一天盲人能夠戴著類(lèi)似電視劇星際迷航里的面罩,。這種面罩的攝像機(jī)能夠把光傳輸?shù)诫娔X芯片，將光的信息轉(zhuǎn)化為神經(jīng)中樞系統(tǒng)可讀的信息,，從而產(chǎn)生視覺(jué)圖像,。
Nirenberg博士說(shuō)："我們很激動(dòng)，我們能讓盲鼠看到世界,，我們將盡快在人上做相同的事情",。這項(xiàng)研究的共同作者Chethan Pandarinath博士曾經(jīng)是Nirenberg博士的研究生，現(xiàn)在在斯坦福大學(xué)做博士后研究工作,。
此項(xiàng)新型策略能夠讓全世界兩千五百萬(wàn)由于視網(wǎng)膜病變而失明的人有重見(jiàn)光明的希望,。由于藥物療法只能幫助他們當(dāng)中的很小的一部分人，所以視網(wǎng)膜假體是未來(lái)最好的選擇,。"由于這種假體具有視覺(jué)編碼信息,，所以第一代假體就可能讓盲人具有正常或接近正常視覺(jué),。"Nirenberg解釋道,。
代碼的發(fā)現(xiàn)
當(dāng)光子落到視網(wǎng)膜表面的光感受器的時(shí)候視覺(jué)就產(chǎn)生了。視網(wǎng)膜環(huán)路接受光感受器的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化成神經(jīng)脈沖,。神經(jīng)脈沖由視網(wǎng)膜傳出細(xì)胞,，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，傳到大腦,。大腦解碼神經(jīng)脈沖,，將其轉(zhuǎn)化為有意義的視覺(jué)圖像。
失明通常是由于視網(wǎng)膜疾病導(dǎo)致光感受器死亡,，并使得相關(guān)的環(huán)路破壞,，但是這些疾病中視網(wǎng)膜輸出細(xì)胞卻保留下來(lái)。
現(xiàn)有的假體工作機(jī)制就是利用存活的細(xì)胞。將電極植入盲人眼睛中,，電極通過(guò)產(chǎn)生電流刺激神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,。但是這種方法只能產(chǎn)生模糊的視覺(jué)區(qū)域。
很多研究組采用在病人眼中植入更多的刺激器的方法提高分辨率,。希望通過(guò)更多的刺激器刺激受損組織中的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞提高圖像質(zhì)量,。
另一些研究組另辟蹊徑，嘗試用光敏感蛋白來(lái)刺激神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,。這些蛋白通過(guò)基因療法植入到視網(wǎng)膜里,，這樣能夠一次刺激更多的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。
但是Nirenberg博士指出其弊病,，"大量刺激神經(jīng)節(jié)細(xì)胞是沒(méi)有意義的,，必須以在正常情況下視網(wǎng)膜和大腦通訊的正確的代碼來(lái)刺激。"
Nirenberg博士解釋說(shuō),，落到視網(wǎng)膜上的各種光的圖形都是通過(guò)通用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的,，通過(guò)這個(gè)通用代碼將光圖形轉(zhuǎn)化為電脈沖。"人們過(guò)去找到了簡(jiǎn)單刺激的的代碼,，但是我們知道這個(gè)代碼是可歸納的，所以他通用于各個(gè)方面,，面部,，路標(biāo)，人看到的各種事物,。"Nirenberg說(shuō),。
視覺(jué)=芯片加基因治療
現(xiàn)階段，人們出于不同的原因研究代碼問(wèn)題,，Nirenberg博士認(rèn)為她所做的能夠直接應(yīng)用于假體,。她和她的學(xué)生Pandarinath博士立即著手在這方面。他們?cè)谛酒蠄?zhí)行數(shù)學(xué)方程,，并把它和迷你刺激器連接,。她稱之為"編碼器"的芯片將投射到眼睛里的圖形轉(zhuǎn)化為電脈沖，迷你刺激器再將電脈沖轉(zhuǎn)化為光脈沖,。光脈沖驅(qū)動(dòng)之前轉(zhuǎn)到神經(jīng)節(jié)細(xì)胞里的光敏感蛋白,，最后神經(jīng)節(jié)細(xì)胞把光信息傳導(dǎo)到大腦。
整個(gè)策略已經(jīng)在小鼠上測(cè)試過(guò),。研究者建立兩套假體系統(tǒng),，一個(gè)具有代碼一個(gè)沒(méi)有。"具有代碼的儀器具有顯著性的作用,，"Nirenberg說(shuō),，"它直接使系統(tǒng)性能越到接近正常的水平，也就是系統(tǒng)輸出足夠的信息能重建面部,，動(dòng)物圖形,，基本上任何我們希望的東西"
經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn),，研究者發(fā)現(xiàn)盲鼠視網(wǎng)膜產(chǎn)生的圖形和正常鼠視網(wǎng)膜產(chǎn)生的圖形大致吻合。
"這個(gè)系統(tǒng)成功的原因是兩步校正,，"Nirenberg博士說(shuō)"編碼器能夠模擬視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)化大量的視覺(jué)刺激,，包括自然景象，因此產(chǎn)生正常圖形的電流脈沖,，刺激器（光敏感蛋白）能夠?qū)⑦@個(gè)脈沖傳到大腦,。"
"這些結(jié)果顯示視網(wǎng)膜代碼和高分辨率的刺激方式是建立高效率視網(wǎng)膜假體的關(guān)鍵因素，這個(gè)因素還具有廣闊的發(fā)展空間" Nirenberg說(shuō),。
Nirenberg博士說(shuō)她的視網(wǎng)膜假體未來(lái)將用于臨床測(cè)試,，特別是測(cè)試基因治療（也就是將光敏感蛋白轉(zhuǎn)移到神經(jīng)節(jié)細(xì)胞上）的安全性，由于相似的基因治療載體已經(jīng)在視網(wǎng)膜其他疾病上有很好的療效,，她相信她的方法是安全的,。
"非常的振奮人心，"Nirenberg說(shuō),，"我已經(jīng)迫不及待的將這個(gè)療法給病人施用了,。"
該研究受到美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和康奈爾大學(xué)計(jì)算生物醫(yī)藥研究院資助。Nirenberg 和Pandarinath博士已經(jīng)通過(guò)康奈爾大學(xué)申請(qǐng)了假肢的專利,。（生物谷Bioon.com）
編輯自：Team deciphers retina's neural code for brain communication to create novel prosthetic retinal device for blind
DOI:10.1073/pnas.1207035109
PMC:
PMID:
Retinal prosthetic strategy with the capacity to restore normal vision
Sheila Nirenberg and Chethan Pandarinath
Retinal prosthetics offer hope for patients with retinal degenerative diseases. There are 20–25 million people worldwide who are blind or facing blindness due to these diseases, and they have few treatment options. Drug therapies are able to help a small fraction of the population, but for the vast majority, their best hope is through prosthetic devices [reviewed in Chader et al. (2009) Prog Brain Res 175:317–332]. Current prosthetics, however, are still very limited in the vision that they provide: for example, they allow for perception of spots of light and high-contrast edges, but not natural images. Efforts to improve prosthetic capabilities have focused largely on increasing the resolution of the device’s stimulators (either electrodes or optogenetic transducers). Here, we show that a second factor is also critical: driving the stimulators with the retina’s neural code. Using the mouse as a model system, we generated a prosthetic system that incorporates the code. This dramatically increased the system’s capabilities—well beyond what can be achieved just by increasing resolution. Furthermore, the results show, using 9,800 optogenetically stimulated ganglion cell responses, that the combined effect of using the code and high-resolution stimulation is able to bring prosthetic capabilities into the realm of normal image representation.
