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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(shí)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(diǎn)/光斑）。

過去半個(gè)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(shí)驗(yàn)，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(diǎn)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(gè)光點(diǎn)的出現(xiàn)閾值與亮度，以及如何在時(shí)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(shí)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(shí)別與閱讀的系統(tǒng)，往往需要數(shù)量級(jí)上百乃至上千的刺激通道（過去研究指出通常需≥625個(gè)“像素”）。但在臨床環(huán)境逐一“手動(dòng)調(diào)參”——為每支電極確定最合適的電流、脈寬、頻率與時(shí)序——不僅耗時(shí)，也因?yàn)橥皇茉囌咴诓煌斓拈撝怠⒅X形態(tài)會(huì)波動(dòng)而變得反復(fù)。甚至，刺激序列本身會(huì)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(gè)清晰共識(shí)：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(dòng)，自動(dòng)、實(shí)時(shí)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(duì)（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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(gè)月的每日實(shí)驗(yàn)中邊刺激邊記錄，系統(tǒng)評(píng)估神經(jīng)活動(dòng)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(shí)間分辨率（能否把相鄰兩次刺激感為兩個(gè)獨(dú)立光點(diǎn)）。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(dòng)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(gè)通道的電流、脈寬、頻率、列車時(shí)長等參數(shù)自動(dòng)調(diào)到“剛好能看見、剛好夠亮、且在時(shí)間上清清楚楚分開”的狀態(tài)。

現(xiàn)實(shí)生活里，我們都體驗(yàn)過類似的“自校準(zhǔn)”。例如，手機(jī)相機(jī)在昏暗環(huán)境會(huì)自動(dòng)增益、拉長曝光，日照強(qiáng)烈又會(huì)收縮光圈與縮短快門；藍(lán)牙耳機(jī)遇到噪音會(huì)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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(gè)光點(diǎn)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(jiān)實(shí)的人體證據(jù)，也為后續(xù)在真實(shí)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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