6月6日凌晨2点,中国科学家在《科学》(Science)杂志上线的最新研究成果显示,借助脑机接口等技术 ,新一代视觉假体不仅使失明动物恢复可见光视力,还可扩展其视觉功能,这为失明患者复明提供了新可能。
上述科研成果由复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏/王水源团队、脑科学研究院张嘉漪/颜彪团队联合中国科学院上海技术物理研究所胡伟达团队合作完成 ,研究题为《碲纳米线视网膜假体增强失明视觉》(“Tellirium Nanowire Retinal Nanoprosthesis Improves Vision in Models of Blindness”) 。
研究显示,该团队开发出全球首款光谱覆盖范围极广(470-1550nm,从可见光延伸至近红外二区)的视觉假体 ,该假体无需依赖任何外部设备,即可使失明动物模型恢复可见光视觉能力,还能赋予动物感知红外光 ,甚至识别红外图案的“超视觉”功能,也就是在黑暗中也能看见事物。
该科研团队在接受澎湃新闻记者采访时表示,通常而言的“可见光 ” ,指人类视网膜可感知的光谱范围(380-780nm)。在全球,有超2亿的视网膜变性(感光细胞死亡)患者无法感受这样的“光明” 。此次,复旦联合上海技物所科研团队研制出碲纳米线网络(TeNWNs)视网膜假体,该器件的光电流密度达到了当前已知体系的最高水平 ,并首次实现了国际上光谱覆盖最宽的视觉重建与拓展,范围横跨可见光至近红外二区。
TeNWNs光电流密度和光谱范围
当TeNWNs假体植入眼底后,可在视网膜中替代凋亡的感光细胞接收光信号 ,并将其转化为电信号。这是一种广义脑机接口技术 。在光的照射下,它能高效产生微电流,直接激活视网膜上尚存活的神经细胞。这种完全自供电 、无需外接设备的特性 ,成功让实验室里的失明小鼠重新获得了对可见光的感知能力。
TeNWNs修复和增强盲人视觉示意图及作用机制
同时,科研团队在非人灵长类动物(食蟹猴)模型上的实验也验证了该假体的有效性 。植入半年后,动物模型均未观察到任何不良排异反应 ,这为后续推进临床应用转化奠定了重要基础。目前,团队已着手深入研究视觉假体与视网膜的高效耦合机制。
值得关注的是,该假体不仅能修复可见光视觉 ,更能将视觉感知拓展至红外波长范围 。这种融合了“仿生修复”与“功能拓展 ”的双重特性,既规避了侵入性脑部手术的风险,又突破了人类天然视觉的物理极限。同时,它也带来对医学伦理挑战。
该团队告诉记者 ,考虑到目前医学伦理的限制,研究暂时不会进入临床试验阶段。不过,展望未来 ,这种新一代超视觉假体技术能让失明者重新感受到视觉,也有望为人类打开一扇超越生理极限的感知之窗 。
2021年,该团队就在国际上首次提出了单器件感存算功能的集成 ,真实模仿了视网膜完整架构,成果发表于《自然-纳米科技》(Nature Nanotechnology),这成为了本次研究开展的重要基础。此后 ,团队率先把目光瞄准了最为关键的视觉功能。2023年,团队在国际上首次基于纳米材料成功开发了第一代人工光感受器,这也是本次研究的前身 。相关成果发表于《自然-生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)。除了本次发表的“盲视” ,还包括神经调控、功能恢复、脑机/脑脊接口……研究探索之路仍在继续。
“尽可能帮助失明患者 、为其提供更多复明可能,始终是我们团队研究的初心 。”该研究团队成员说,他们的研究策略是双轨并行:除了开发生物假体材料(如人工光感受器)进行生物替代,也在同步探索针对失明的基因治疗手段。“在疾病早期阶段 ,可以尝试基因治疗等生物干预;到了晚期,若感光细胞已凋亡且缺乏生物靶点,则可以采用假体进行替代。 ”这两种路径相辅相成 ,有望覆盖更多处于不同疾病阶段的失明患者 。
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