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用舌头看世界 详细内容
来源:《环球科学》2009年第11期 作者:本站编辑 时间:2009-12-18   

用舌头看世界

??? 已故神经学家保罗·巴赫伊丽塔(Paul Bach-y-Rita)在20 世纪60 年代提出假说:人类并不是用眼睛,而是用大脑来看见事物的。现在,一种非植入式装置利用了这种理念,致力于帮助视觉受损的病人重大千世界。它的工作原理是,依靠 病人舌头表面的神经把光信号传输到大脑里去。

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这种装置是美国威斯康星州米德尔顿Wicab 公司(早年由巴赫伊丽塔合伙创立)的一群神经学家发明的,2003 年进行了首次演示,最终将于今年年底推向市场。被命名为BrainPort 的这套设备,试图取代原来负责将视觉信号从视网膜传输到大脑主视觉皮质的200 万个视神经细胞的作用。一个微型数码摄像机被嵌置在太阳眼镜镜片中间的镜架上,负责收集可见光数据。用户戴上这副特制的眼镜后,可见光数据将绕过眼睛,传递到一台手持式主机上,它能完成控制镜头缩放、调整光学设置等功能,还配备了一块中央处理器,负责将数字信号转换成电子脉冲。中央处理器处理后的信号,通 过被昵称为棒棒糖的装置传送到舌面。棒棒糖是一块9 平方厘米大小、矩阵式排列的电极组,将被直接贴合在舌面上。舌面似乎是感知电流的理想器官。(唾液也是一种良导体。)此外, 舌头上的神经纤维排列紧密,比其他触觉器官的神经纤维更接近表面。比如说,手指皮肤表面的神经纤维就被一层由凋亡细胞构成的角质层(stratum corneum)所覆盖。

▲“棒棒糖是一个矩形的电极阵列,根据摄像机获取的光信号强弱,用特定的模式来刺激舌面。


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棒棒糖上的每枚电极都对应于一组像素。白色像素产生出一个强电子脉冲,黑色像素则不产生任何脉冲信号。舌面下的神经纤维接收到不断传来的电子信号,给使用者带来的感觉有点像是跳跳糖(Pop Rocks,一种放进嘴里会噼啪作响的碳酸糖果)或香槟酒泡泡。非赢利性视觉康复和研究组织——灯塔国际(Lighthouse International) 的研究主管威廉·塞佩尔(William Seiple)介绍说,通常使用这套装置15 分钟后,盲人就能学会如何理解它所获取的周围空间信息。如果摄像机在一条黑暗走廊的中间检测到一些发光物,电极阵位与像素的对应关系就会让电脉冲刺激出现在舌面中部。这就像是学习一项技能,与学习骑自行车没什么两样,”Wicab 公司的神经学家艾梅·阿诺尔杜森(Aimee Arnoldussen)说,这个过程与婴儿学会怎么去的过程相似。一开始事情显得有点怪,但一段时间之后就会变得得心应手。塞佩尔手头有4 位参与实验的病人,他们每周进行一次使用BrainPort的训练。他注意到,受试病人已经学会了如何快捷地找到门口和电梯按钮,怎样阅读字母和数字,还 能在餐桌上方便地拣选杯子和刀叉,不用再像过去那样四处摸索了。起初我没有预料到这个装置能做这么多事情,塞佩尔说,有位盲人第一次看见字母后激动 地哭了。正常人眼获取的光信号会传输到大脑的视觉皮层,而舌头获得的触觉数据则是在体感皮层(somatosensory cortex)接受处理的,那么BrainPort 发出的电信号是被传输到了视觉皮层还是体感皮层呢?研究人员目前还无法确切回答这个问题。

味觉变视觉:在一种名为BrainPort的设备中,嵌在太阳眼镜上的一台微型摄像机将数据传到手持式主机,在那里把光信号转换为舌头能够感受到的电信号。


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为了开发一种标准来监测这种人工视力的提高程度,美国匹兹堡大学医学中心眼科中心的验光医师埃米·诺(Amy Nau)将用视网膜和脑皮质层植入芯片之类的尖端仪器对BrainPort 做进一步测试。她说:我们不能随随便便抛出一份视力检测表就算交差了事。我们必须退一步,从更基础的层面上描述这些人正在获得的这种初步技能。埃米之 所以对BrainPort 特别感兴趣,是因为这种装置不用植入人体,不会给使用者造成身体创伤。

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埃米指出:很多后天致盲的人都极度渴望能够恢复视力。根据美国国立卫生研究院的数据,美国40 岁以上符合法定失明标准的盲人至少有100 万人(所谓法定失明标准,指的是矫正视力不高于0.1,或者视野小于20 度)。成人视力丧失造成的社会支出,仅在美国,每年就高达514 亿美元。虽然感官替代技术无法完全重建视力,但它们确实为盲人获取空间方位提供了必要的信息帮助。Wicab 公司总裁兼首席执行官罗伯特·贝克曼(Robert Beckman)透露,该公司已经按计划在今年8 月底向美国食品及药品管理局(FDA)提交了BrainPort 的上市申请。他说,这种设备可能在2009 年底获准上市,每台售价约为1 万美元。

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