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用仿生眼恢复视力:不再是科幻小说

2020-02-03 16:27:21   来源:

仿生视觉听上去像科幻小说,但迈克尔·拜耶勒(Michael Beyeler)博士正致力于这一点。

Beyeler博士最初来自瑞士,目前正在华盛顿大学做博士后研究员,然后于今年秋天搬到加利福尼亚大学圣巴巴拉分校,负责领导计算机科学,心理学和脑科学部门新成立的Bionic Vision Lab。

我们与他谈到了这种“对大脑的深深迷恋”,以及他如何希望自己的工作最终能够使盲人恢复视力。这是我们谈话的摘录和摘录。

贝耶勒(Beyeler)博士,向我们简要介绍了“神经工程”领域,该领域将在未来带来仿生视力。

[MB]神经工程学是一个新兴的跨学科领域,旨在设计可以与大脑交互的设备。有点像《黑镜》中的大脑植入物,但令人毛骨悚然。[笑]

人脑大约有1000亿个神经细胞或神经元,它们之间有数万亿个连接,它们被组织到不同的大脑区域,每个区域都支持特定的任务。例如,处理视觉或听觉信息,做出决定或从A到B。要想像一下,要理解这些神经回路如何引起感知和动作,就需要将神经科学,工程学,计算机科学和统计学。

解释这些BMI在您所在领域的工作方式。我已经测试了他们的情绪升高,但没有与视觉状态联系起来。

对。“脑机接口”既可以用于治疗神经系统疾病和精神疾病,也可以用于理解脑功能,现在工程师们已经开发出了利用电流,光,超声和磁场来操纵这些神经回路的方法。值得注意的是,仅通过激活运动皮层中的右神经元,我们就可以使手指,手臂甚至腿部运动。同样,我们可以激活视觉皮层中的神经元,使人们看到闪光。前者使我们能够治疗帕金森氏病和癫痫等神经系统疾病,而后者则应最终使我们能够恢复盲人的视力。

惊人。什么样的设备目前在该领域?

视觉假体或仿生眼的想法已不再是科幻小说。您可能已经听说过Argus II,这是一家名为Second Sight的公司开发的设备,可在美国,欧洲和某些亚洲国家使用。适用于因色素变性视网膜炎和黄斑变性等视网膜变性疾病而失明的人。

今天有多少人拥有这些视网膜假体?

我相信现在全球有300多个Argus II用户,制造商Second Sight也刚刚开始植入ORION,ORION是一种完全跳过眼睛并直接与视觉皮层接口的设备。除此之外,我们还急切地期待着PRIMA的首次成果,PRIMA是由斯坦福大学开发并由一家法国公司Pixium Vision进行商业化的新型视网膜下装置。

所以这是一个不断发展的领域?

绝对是实际上,全球大约有30多种设备正在开发中。总体而言,未来十年内应有各种各样的视力恢复技术。

为了清楚起见,请说明当前系统的工作方式。

当个体由于疾病不同而不再具有感光器时,即在眼后部聚集光的细胞,其想法是用模仿其功能的微电极阵列代替这些细胞。Argus II用户还戴着一副装有小型摄像头的眼镜,因此摄像头的视觉输入可以转换为一系列电脉冲,植入物会将其传递到眼睛的神经回路。对于大多数患者,Argus II提供了“手指计数”的视觉水平-人们可以将光线与黑暗背景区分开并看到运动,但是他们的视力模糊并且通常难以解释。不幸的是,利用当前的技术,要模仿眼睛和视皮层的神经代码以欺骗大脑以使其认为有意义的东西真是太难了。

我的目标基本上是了解如何从摄像机输入到电刺激,并提出视觉系统可以解释的代码。这既需要对基础神经科学的深刻理解,又需要设计可行的实时解决方案的技术技能。

那你该怎么做呢?

通过使用计算机科学,神经科学和认知心理学的工具。例如,我们提出了描述各个神经元如何对电刺激做出反应的数学方程式。我们还执行简单的心理物理实验,例如让Argus II用户画出我们在刺激不同电极时看到的东西。然后,我们将从这些实验中获得的见识来开发软件包,这些软件包可以预测人们在任何给定的电刺激模式下应该看到的内容,设备制造商可以使用它们来使这些设备提供的人工视觉对用户更易解释。

您是在关注仿生(人工)视觉,还是专注于仿生(自然)视觉?

是的,因为与其专注于“自然”视觉,我们不如考虑如何创建“实用”和“有用”人工视觉。我们在这里有一个真正的机会,可以利用盲人的现有神经回路并增强其视觉感,就像Google Glass或Microsoft HoloLens。例如,使物体越近越显得明亮,使用计算机视觉标记安全路径并将其与GPS结合以给出视觉方向,警告用户周围环境可能存在危险,甚至扩大“可见”光的范围。使用红外传感器。一旦生成的人工视觉质量达到一定阈值,就有许多令人兴奋的途径可以追求。

在实践上,您如何在研究中使用技术?

由于我们不自行开发植入物,因此我们经常与其他设备制造商合作。最近,我们一直在广泛使用Argus II,它带有自己的非常复杂的软件开发套件。Second Sight通过提供给患者的访问权以及通过忍受对软件进行较小修改的烦人请求而与我们合作的非常快,以便我们可以对疯狂的理论进行现场测试。最后,这些合作对双方来说应该是双赢的,理想的情况是交换数据以获取见识。