[科普中国]-人工视力

视网膜是一层薄薄的神经组织，贴于眼球的后壁。1988年，科学家创造人工视觉的想法取得了重大突破。马克·霍摩恩博士（Dr. Mark Humayun）指出，通过用电流刺激视网膜后的神经节，可让盲人重见光明。人造视网膜投入使用时必须具备足够小的体积，以致于医生能将其移植到眼睛，且不会损伤眼睛中的其他组织。

简介即使戴上眼镜，视力也要达到一定的水平才能看到这页上的小字。电脑上的字体一般为3毫米长、2毫米宽。在看这句话时，您可能明显地看到眼睛每秒钟所搜集的数千条视觉信息。仅在视网膜中，就有几百万个细胞充当视觉器来发挥作用，遇光立即做出反应，这就像相机在感光胶片上捕捉画面一样。

视网膜是一层薄薄的神经组织，贴于眼球的后壁。其中一些细胞负责接受光线，而其他一些细胞则负责解释信息和将信息通过视神经发送到大脑。这是人们“看”的过程的一部分。如视网膜受损或失效，视觉器就会“罢工”，导致失明。据估计，世界上有超过1000万人因视网膜问题而失明。

直到今天，因视网膜问题导致失明的人们还是很难复明，但是随着科学界取得的一个个突破，他们重返光明的那天指日可待。有些科学家团体已经研发出了微型硅片，能够创造人工视觉！

概述1988年，科学家创造人工视觉的想法取得了重大突破。马克·霍摩恩博士（Dr. Mark Humayun）指出，通过用电流刺激视网膜后的神经节，可让盲人重见光明。试验证明，即使视网膜退化，视网膜后的神经仍有效。据此，科学家们开始投入制作一种能传输图像和恢复视力的电流脉冲的装置。

特征今天，这种装置即将为数百万因视网膜问题导致失明的人带来光明。实际上，科学家们还在开发两种微型硅芯，其中一种已经移植到三名盲人的眼睛上。这两种装置的原理相同，都具有以下特征：

1、足够小，能移植到眼睛中

2、需要电源持续供电

3、与周围的眼部组织生物相容

人造硅视网膜两种硅质装置中前途较光明的要数人造硅视网膜（ASR），它由Optobionics公司研发。请看本页顶部的图片，ASR是极其微小的装置，比橡皮擦的表面还小。它的直径只有2毫米，比人的头发丝还细。其个体这么小是有一定道理的。人造视网膜投入使用时必须具备足够小的体积，以致于医生能将其移植到眼睛，且不会损伤眼睛中的其他组织。1

2004年6月28日与29日，芝加哥医疗中心的伊利诺斯州大学以及伊利诺斯温菲尔德DuPage 中心医院（Central DuPage Hospital, Winfield, Ill.）的医生对那些因色素性视网膜炎而完全失明的患者移植了首批人造视网膜。这些经美国食品及药物管理局（FDA）批准的手术中的初步试验表明，来说该装置与每个患者的眼睛都是生物兼容的。医生要了解手术的确切结果，还要等上数个月。他们预计，患者能够恢复部分视力，可以看到黑白图像，但是无法看得清楚或看到颜色。

ASR约含3,500个微型太阳能电池，这些电池能将光能转化为脉冲，模仿视杆细胞和视锥细胞的功能。为了将装置移植到眼中，外科医生在病人眼白部分划开了三条细缝，它们比针的直径还小。透过这些细缝，医生将一个微型的切割吸尘装置放入到眼白中，除去眼中的凝胶，并用盐水取代之。然后，再在视网膜上开一个针尖大的开口，医生通过这个开口注入液体，以提起部分视网膜。这样，视网膜下空隙中就形成了一个小型凹口，用于放置装置，然后密封ASR上方的视网膜。

微芯片进行工作时需要能量，令人匪夷所思的是，ASR能从进入眼睛的光线中获得能量。如上所述，进入眼睛的光直接投射到视网膜上。也就是说，将ASR移植到视网膜的后面，就能接收到进入眼睛的所有光线。因为该装置利用太阳能进行工作，所以它无需任何电线、电池或其他辅助装置，就可获得电能。

约翰·霍普金斯大学、北卡罗莱那州立大学以及北卡罗兰大学查佩尔分校的研究团队正在研究另一种能恢复部分视力的微芯片装置。这种装置称为人造视网膜构件芯片（ARCC），与ASR异常相似。两者都是由硅制成，并通过太阳能提供能量。ARCC也很小，大约2平方毫米的面积，0.02毫米厚。同时，两者也存在着重要的差异。

ASR置于视网膜的两层之间，而ARCC置于视网膜顶部。因其很薄，进入眼睛的光线能穿过装置投在芯片背后的光感器上。但是，这种光却不是ARCC所利用的能源。其实，ARCC还有一个装置附在一副普通眼镜上，该装置可直接将激光投射到芯片的太阳能电池上，以这种方式提供能量。同时还需要一组小型的电池组给激光提供能量。

据研究人员称，通过采用ARCC盲人患者就能够看到10*10像素的图像，该图像比本页中的字体还要小。然而研究人员还声称，他们能够研发出一种芯片，能让盲人看到250*250象素的阵列，这样患者就能阅读报纸了。

工作原理眼睛是人体最神秘的一个器官。若要了解人工视觉的制作原理，就需要先了解视网膜在“看”中的重要作用（请参见矫正镜片工作原理以了解有关视觉工作原理的更多信息）。下面，我们来简单解释一下看物体的过程中眼睛所发生的状况：

1、物体散射的光进入角膜。

2、 投射在视网膜上。

3、视网膜通过视觉神经将信息发送到大脑。

4、 大脑对物体做出解释。

眼睛中的细胞视网膜本身就很复杂。这片薄膜位于眼睛后面，对视力有着不可或缺的作用。其主要功能就是接收和向大脑传输影像。眼睛中有三类主要的细胞可协助实现该功能，它们是：

1、视杆细胞

2、视锥细胞

3、神经节细胞

视网膜中约有1.25亿个视杆细胞和视锥细胞，它们担任着视觉器的职责。这两种视觉器中，视杆细胞的数量较大，它们与视锥细胞的比例为18:1。在弱光下，视杆细胞也能工作（它们能察觉到单个光子），形成黑白图片。一旦遇到强光（例如白天或者室内灯下），视锥细胞就能让我们看到颜色，看清楚物体。您能阅读这篇文章也是视锥细胞的功劳，因为它能让我们看得更清晰。

然后，视杆细胞和视锥细胞接收的信息将传输给视网膜中将近100万个细胞。这些细胞对视杆及视锥发送的信息进行解释，然后通过视觉神经将解释过的信息发送到大脑。

有几种视网膜疾病能损伤这些细胞，进而导致失明。最常见的疾病是色素性视网膜炎和老龄性黄斑变性。这两种病都对视网膜构成伤害，使视杆细胞和视锥细胞失效，引起周围视觉丧失或完全失明。然而，神经节细胞和视觉神经却能安然无恙。换言之，如果科学家们能研发出人造视杆细胞以及视锥细胞，大脑还是能接收到信息。

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学