Sci Adv | 閉環(huán)腦機(jī)，讓“光點”可預(yù)測：邁向雙向皮層視覺假體的關(guān)鍵一步

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基本信息：

Title:Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: A step toward a bidirectional cortical visual prosthesis

發(fā)表時間：2025.11.5

Journal:Science Advances

影響因子：12.5

獲取原文：

正文

對重度盲人而言，“重新看見”往往不是一下子就擁有高清圖像，而是從最基本的視覺“元素”開始——例如通過電刺激視覺皮層產(chǎn)生的“磷光感”（phosphene，主觀看到的亮點/光斑）。

過去半個多世紀(jì)里，從Brindley 與 Dobelle 的開創(chuàng)性嘗試，到近年來多通道微電極在靈長類與人類中的實驗，皮層視覺假體（cortical visual prosthesis）被視為繞開受損眼球與視神經(jīng)、直接把信息“寫入”大腦視覺皮層的一條可行路徑。然而，要把零散的光點拼成“有用”的視覺，還面臨兩道核心關(guān)卡：

如何穩(wěn)定地控制每個光點的出現(xiàn)閾值與亮度，以及如何在時間上組織不同刺激，使用戶區(qū)分開連續(xù)的多次“發(fā)光”。

更現(xiàn)實的挑戰(zhàn)是工程和臨床層面的：真正能支撐日常導(dǎo)航、物體識別與閱讀的系統(tǒng)，往往需要數(shù)量級上百乃至上千的刺激通道（過去研究指出通常需≥625個“像素”）。但在臨床環(huán)境逐一“手動調(diào)參”——為每支電極確定最合適的電流、脈寬、頻率與時序——不僅耗時，也因為同一受試者在不同天的閾值、知覺形態(tài)會波動而變得反復(fù)。甚至，刺激序列本身會影響主觀亮度，這意味著“今天的參數(shù)”明天可能不再適用。因此，領(lǐng)域逐漸形成一個清晰共識：必須從“開環(huán)”（open-loop）走向“閉環(huán)”（closed-loop），讓假體一邊刺激一邊讀取鄰近電極的神經(jīng)活動，自動、實時地校準(zhǔn)輸出，減少對使用者口頭反饋的依賴。

這篇來自西班牙阿利坎特/埃爾切團(tuán)隊（并聯(lián)合猶他大學(xué)、拉德堡德大學(xué)等）的最新人類研究，正是踩在這個關(guān)鍵點上前進(jìn)：研究者在兩位全盲志愿者的右枕葉V1/V2區(qū)植入一枚100通道Utah微電極陣列（UEA），在為期6個月的每日實驗中邊刺激邊記錄，系統(tǒng)評估神經(jīng)活動是否能預(yù)測并控制三類關(guān)鍵主觀指標(biāo)——知覺閾值、主觀亮度與時間分辨率（能否把相鄰兩次刺激感為兩個獨(dú)立光點）。如果這條思路成立，就意味著未來的皮層假體可以像有“自動對焦”的相機(jī)：通過讀取鄰近電極的多單位放電（MUA），無需密集的口頭反饋，就能把每個通道的電流、脈寬、頻率、列車時長等參數(shù)自動調(diào)到“剛好能看見、剛好夠亮、且在時間上清清楚楚分開”的狀態(tài)。

現(xiàn)實生活里，我們都體驗過類似的“自校準(zhǔn)”。例如，手機(jī)相機(jī)在昏暗環(huán)境會自動增益、拉長曝光，日照強(qiáng)烈又會收縮光圈與縮短快門；藍(lán)牙耳機(jī)遇到噪音會開啟自適應(yīng)降噪。閉環(huán)視覺假體要做的，正是把這樣的自適應(yīng)搬進(jìn)大腦：當(dāng)刺激參數(shù)稍有偏離、或組織狀態(tài)（如電極接觸、局部興奮性）發(fā)生輕微變化時，系統(tǒng)不等使用者抱怨“看不見/太刺眼/糊在一起”，就能從鄰近電極的神經(jīng)反應(yīng)讀出端倪，自動微調(diào)，維持穩(wěn)定、舒適且可用的“視覺輸出”。

本文的三組核心結(jié)果——閾值可由神經(jīng)活動準(zhǔn)確預(yù)估（兩位受試者相關(guān)系數(shù)R均=0.71）、亮度與后刺激期MUA高度正相關(guān)、“兩個光點分得開”的最小列車間隔（~0.30–0.33 s）同樣可由第二列車中的MUA預(yù)測（R≈0.72–0.74）——為“閉環(huán)+雙向”皮層假體提供了堅實的人體證據(jù)，也為后續(xù)在真實世界里“即插即用”的自適應(yīng)視覺提供技術(shù)抓手。

主要結(jié)果

Fig. 1. Location of the UEA implantation site on the right occipital cortex of the two participants.

Fig. 2. Prediction of thresholds from neural activity.

Fig. 3. ContributFig. 3. Perceived brightness and neural activity.ions from different brain areas.

Fig. 4. Spatial distribution of the correlation between neural activity and brightness.

Fig. 5. Prediction of the number of perceived phosphenes from neural activity.

文章信息

Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: A step toward a bidirectional cortical visual prosthesis | science advances.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv8846 IF: 12.5 Q1 B1.

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審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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