人造视网膜

埃里克·塞尔比是一名英国退休工程师。因为视网膜病变，68岁的他失明了20年，一直依靠导盲犬外出。2010年，医生在他的右眼植入了人造视网膜。术后，塞尔比可以看到人行道等普通的物体。塞尔比说：“虽然只是一些光束，还得动脑筋分辨它们究竟是什么，但已经让我非常惊喜了。”2011 年春，给塞尔比带来光明的这种人造视网膜获准在欧洲上市。

现有人造视网膜还很“朦胧”

塞尔比植入的人造视网膜是由美国“第二视觉”公司研发的“阿格斯（希腊神话中的百眼巨人）2号”。整套设备除了植入患者眼底的一小块电极之外，还包括安装在特制眼镜框上的微型摄像头、发射器和计算机。工作时，计算机将摄像头捕捉到的景象进行处理，无线发射器将处理好的信号传送给人造视网膜，刺激残存的正常的视网膜细胞，再把信号沿视神经送入大脑。

这种设备形成的图像只有60像素，与高清电视画面相去甚远，可意义却不一般。在临床试验中，患者能找到家门，区分8种颜色，阅读由大号字体书写的短句。目前这种设备价格不菲，大约为10万美元。此外，研究人员还在研制不需要外置摄像头的人造视网膜，即在眼部内置由感光传感器组成的阵列。一家位于美国伊利诺伊州的公司已开发出含有5000个传感器的试验

设备。

人造视网膜与数码相机

人造视网膜技术究竟能发展到怎样的程度呢？或许可以拿数码相机作参考。视网膜在1100平方毫米的方寸之地包含1亿多个感光细胞。经过几十年的技术发展，目前，最新款的数码相机已能在1300平方毫米的范围内集成超过3500万个感光单元，而且数目还在不断增长。但是，仅仅堆砌像素远不能带来如人眼般丰富的视觉体验。工程师和神经科学家必须携手共进，设计比照相机更为精巧的设备，才能创造出更逼真的人造视

网膜 。

人们常说，人眼是一台生物照相机。至少在某些方面看来，这个说法不无道理。光线透过瞳孔，把物体的影像倒映在视网膜上，就像拍照时在底片上成像一样。人眼和照相机都有用于调节焦距的透镜（分别为晶状体和镜头）。特别是数码相机的出现使照相机和人眼更为接近。不同于传统的胶卷，数码相机使用一组感光的二极管阵列接受光线，与人眼的感光细胞如出一辙。

但是一旦细究，人眼和照相机所有的相似性却又经不起推敲。工程师通常把数码相机中的二极管排成规则的网格状，现有的人工视网膜大多也参照这种设计。但是，位于视网膜最内层的神经节细胞所组成的网络不是一个矩阵，而更像令人眼花缭乱的雪花，肩并肩、手拉手地铺满了整个视网膜。

差之毫厘，谬之千里。由于结构的差异，大部分人造电路无法和神经节细胞默契配合，产生的信号也无法传送到大脑。因此，一些工程师提出制造更大的、排列更紧密的电极阵列，以增加与神经节细胞的接触面。但是，这一想法有着不可逾越的障碍。在人眼中，神经节细胞位于感光细胞的内侧，但由于其雪花状的结构特性，仍然有大量的空间允许光线穿过，从而被感光细胞接收。但是，如果将大面积的电极覆盖在视网膜上，感光细胞可能连一丝光线也无法捕获。

更奇特的是，人眼感光细胞并不像照相机的感光元件那样均匀地分布在整个成像区域。在视网膜上一块针头大小的叫做“中心凹”的地方，密集分布着大量的视锥细胞（一种提供色觉以及精细视觉的感光细胞）构成光反射点，是视觉最敏锐的部位。既然如此，我们为什么没有感觉自己在使用潜望镜观察世界呢？这是因为我们的眼球在不断地转动，不断地调节焦距。我们就是在这不断的变化中获知世界的全貌。眼球的转动还有一定的规律：距离越近，焦点的变化越频繁。换句话说，大范围的转动时时刻刻发生，小范围的转动则分分秒秒无时不有。眼球这种剧烈而琐碎的运动模式，是针对大空间尺度的高效的采样方法。这种方法和昆虫在搜索食物时的飞行模式惊人地相似——某种程度上，我们的眼睛也在“捕食”信息。

一旦我们的眼睛捕获光线，视网膜神经元并非立刻把信号转播给大脑，而是和邻近的神经元一起处理和增强信号，比如增加明暗对比度，类似于实时的“Photoshop”（一种图像处理软件）。这种图像处理能力很可能是在进化中获得的，目的是在模糊的背景中迅速识别出物体，从而及时逃避危险。由此可以看出，人眼绝不仅仅是照相机。照相机只是被动地接受信息，把底片上的图像忠实地记录下来，而我们的眼睛则磨练出一套主动获取重要信息的能力。

让人造视网膜更加自然和逼真

如果人造视网膜的分辨率提高到百万级，将会产生怎样的效果？目前，科学家只能对此加以推测，但可以肯定的是，无论其中含有多少电极，这样的设备依然不能带来完整的视觉体验。由于缺少了视网膜神经元精巧的处理功能，这些电极只能简单快速地传递给大脑一堆难以理解的信息。除此之外，根据美国视觉科学家泰勒的研究，人造视网膜还会造成使用者过度紧张。

在实验中，泰勒让受试者观看简单的以及复杂的分形图形（抽象概念，指整体的结构被反映在其中的每一部分中），然后描述他们的主观感觉。此外，他还测量了反映受试者紧张程度的客观指标，如皮肤的电流反应。综合两者的结果发现：观看复杂的图形时，受试者的紧张程度明显下降。泰勒因此猜测，我们的眼球运动符合分形几何的规律。有趣的是，自然界的很多物体，如山川、河流、树木、云彩，也是分形图形——人类的视觉系统和自然界可谓心有灵犀。因此，如果把照相机的原理生搬硬套，只会让人事无巨细地看到视野内的一切，从而造成过度紧张。

泰勒认为，要想让人造视网膜的功能更加自然和逼真，必须解决规则排列的电极与不规则分布的神经节细胞之间不匹配的问题。目前，泰勒的团队已经制造出能自发分叉的电路，可以开出纳米尺度的“花朵”。尽管其形状与神经节细胞略有不同，但花朵状的结构同样能够让光线穿过。同时，比起简单的网格结构，“花朵”还能与更多的神经节细胞互通有无。泰勒希望，他们的工作有助于开发新一代电子眼。

全世界约有1亿人深受黄斑病变和其他视网膜疾病之苦。随着病情恶化，他们眼中的世界会变得模糊和狭窄，有些人甚至彻底失明。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”泰勒的工作向我们展示了人造视网膜技术所取得的巨大进步，同时也告诉我们，前方依然有漫漫征途等待着我们。成功的秘诀就在于，跳出“人眼是照相机”的固定思维，发掘和再现自然的结构和功能。这样，未来的人造视网膜不仅能使患者重见光明，还能赋予他们更逼真的视觉体验。