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Nature子刊新型人工视网膜帮助盲人恢

2018-11-30 21:15:22

Nature子刊:新型人工视膜帮助盲人恢复视力(下)

生物通报道 通过手术将微型太阳电池板样电池放置在视膜下,斯坦福大学医学院的科学家们设计出一种新系统或可在某天帮助因某些类型的退行性眼疾病而丧失视力的人们重见光明。

上接:Nature子刊:新型人工视膜帮助盲人恢复视力(上)

斯坦福大学的装置采用了近红外线,其相比于正常可见光具有更长的波长。采用这种方法是必要的,这是因为视膜退行性疾病致盲的人仍然具有感光细胞,仍然对可见光敏感。Palanker 说:“为了完成这一研究工作,我们必须提供相比正常视力需要的更多的光。如果我们采用可见光,它会造成强烈的光亮。近红外光非肉眼可见,可是通过植入作为这一人工系统部件的二极管却‘可以看见’。”

Palanker还通过将眼与照相机作对比解释了他的设计,视膜就如同影片或数字芯片,每个光感受器就是一个像素。Palanker 说:“在我们的模型中, 用光敏二极管取代了这些光感受器。每个像素都像一个小小的太阳能电池;你可以发出光线,然后获得电流,电流刺激视膜内核层的神经元转而产生一个级联效应,激活视膜外层的神经节细胞,将视觉信息传送至大脑让我们看到。”

在这项研究中,Palanker和他的研究小组制作了一个大约一个铅笔尖大小的芯片,其中包含数以百计的光敏二极管。为了检测这些芯片的反应机制,研究人员利用了来自健康大鼠和失明大鼠的视膜作为视膜退行性疾病的模型。科学家们将一个光电二极管芯片放置在视膜下,将一个多电极芯片放置在视膜神经节细胞层上以测量它们的活动。科学家们随后发送光脉冲,包括可见光和近红外线,在光电二极管上生成电流,并测量了视膜外层的反应。

如预期的一样,在正常大鼠中,神经节受到了来自正常可见光的刺激,但是它们对于近红外线光也呈现出相似的反应:这证实了二极管正在触发神经元活动。

在退化的大鼠视膜中,正常光线没有引起什么反应,但是近红外线则激起了强烈的活动信号,与在正常大鼠视膜中的差不多相似。Palanker 说:“它们没有对正常光线产生反应,却对红外线有反应。利用我们的系统修复了视力。”Palanker指出退化大鼠视膜需要更大量的近红外光线才能获得与正常大鼠视膜相同水平的活动。

尽管有人担心接触到如此大量的近红外光有可能导致组织发热,但研究表明这种照射仍是既定眼安全极限的百分之一。

Palanker和他的同事们将这些光电二极管植入到了大鼠的眼中,在持续6个月时间内一直在观察和检测它们的效应。他说初步数据表明视觉信号到达了正常和失明大鼠的大脑中,目前研究仍在继续进行。

虽然新设备和其他的装置可以帮助人们重新获得一些视力,但是目前的技术还不能让他们看清颜色,因此生成的视觉还远不能说是正常的,Palanker 说。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Photovoltaic retinal prosthesis with high pixel density

Retinal degenerative diseases lead to blindness due to loss of the ‘image capturing’ photoreceptors, while neurons in the ‘image-processing’ inner retinal layers are relatively well preserved. Electronic retinal prostheses seek to restore sight by electrically stimulating the surviving neurons. Most implants are powered through inductive coils, requiring complex surgical methods to implant the coil-decoder-cable-array systems that deliver energy to stimulating electrodes via intraocular cables. We present a photovoltaic subretinal prosthesis, in which silicon photodiodes in each pixel receive power and data directly through pulsed near-infrared illumination and electrically stimulate neurons. Stimulation is produced in normal and degenerate rat retinas, with pulse durations of 0.5–4 ms, and threshold peak irradiances of 0.2–10 mW mm2, two orders of magnitude below the ocular safety limit. Neural responses were elicited by illuminating a single 70 m bipolar pixel, demonstrating the possibility of a fully integrated photovoltaic retinal prosthesis with high pixel density.

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