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攀登脑机接口“珠峰”，这群“海归”希望为盲人带来光明

发布时间：来源：中国科学报

刘冰。受访者供图

　　未来，盲人朋友能够感知前方障碍物的轮廓，判断门框的位置，避开脚下的台阶；能够“看到”并拿起桌上的水杯，感知家人的大致方位；能够“看到”人行横道的条纹，自信地走出家门……这是明视脑机创始人、中国科学院自动化研究所副研究员刘冰脑海中经常浮现的画面。

　　近日，明视脑机宣布在全球范围内首次实现复杂图形与颜色的视觉重建。刘冰解释道，对于长期生活在黑暗中的人而言，特别是曾经有过正常视觉而因后天因素导致的失明患者，这种“像素级”视觉的恢复是从“无”到“有”的质变，是看到光明的希望。

　　“该研究正处于研究者发起的临床试验（IIT）阶段，这也是正式医疗器械注册临床试验前的关键步骤。”刘冰告诉《中国科学报》，“我们计划在2026年完成注册型检，在2028年进入针对盲人患者的注册临床试验阶段，争取早日惠及盲人群体。”

　　挑战“视觉重建”

　　当前，脑机接口技术有着众多应用场景，如运动控制、意念打字、治疗抑郁症等。明视脑机团队却选择了视觉重建这块难“啃”的硬骨头，因为视觉重建被视为脑机接口领域的“珠穆朗玛峰”。

　　据悉，全球有超过4000万盲人群体，其中相当比例的群体因视网膜色素变性、青光眼、视神经损伤等疾病导致传统治疗手段失效。

　　“与运动控制等特定病症相比，视觉缺失对生活质量的影响更为全面，且视觉皮层作为信息处理的最终通路，其干预效果具有更广泛的适用性。”刘冰指出，这意味着一旦在视觉重建领域取得突破，将能惠及不同病因致盲的盲人群体。

　　“在当前全球脑机接口竞争格局中，大部分技术路径还停留在信号采集、解码等应用。”刘冰认为，视觉重建领域需要的不只是“解码”，还需要“刺激”，把信息编码后进行刺激，并做功能重建。

　　研究发现，视觉系统具有明确的拓扑映射规律，为脑机接口的编码策略提供了清晰的理论基础。与其他脑功能相比，视觉皮层的空间对应关系更为直接和明确，这为精准刺激和信号解码创造了有利条件。

　　明视脑机最新的研究对象是一位因枕叶癫痫而需要进行临床手术的患者。在其治疗性电极植入后的窗口期内，团队同步进行了IIT研究。

　　“患者本身并非全盲，其视觉通路基本完好。这为我们提供了一个独一无二的窗口。”刘冰介绍，“我们可以在刺激其视觉皮层后，让他将自己感知到的‘人工视觉’与真实的视觉体验进行直接、准确的对照和描述。这是获得高质量、可验证数据的关键。”

　　在研究过程中，研究人员会蒙住患者的双眼，确保其所有视觉感知完全来自电刺激。“当他报告‘看到’了特定颜色、特定形状的光点或图形，并且这些描述与刺激的参数高度一致时，代表我们成功地‘写入’了有意义的视觉信息。”刘冰提到，这位患者为他们验证编码模型的准确性提供了无可替代的反馈。

　　一套精密的“生物相机”

　　“对于盲人朋友来说，失明就好比是相机的某个关键部件坏了。”刘冰把人类视觉系统比作一套精密的“生物相机”。

　　其中，眼球相当于相机镜头组，负责采集光线、对焦；视网膜相当于相机的图像传感器，负责将光信号转换成电信号；视神经相当于连接相机和电脑的数据线，负责把电信号从眼睛传输出去；大脑视觉皮层相当于处理图像的超级电脑主机，负责接收信号并最终让人“看到”图像。

　　“假如视网膜色素变性，感光细胞死亡，就好比相机传感器失效，再好的镜头也没用；青光眼或视神经损伤，就像数据线被剪断了，传感器信号再好，也传不到电脑里。”刘冰说，“既然镜头或数据线修起来太困难，甚至无法修复，那我们就绕过它们，直接和最终的电脑主机——大脑视觉皮层对话，并开发出一套人工视觉系统。”

　　明视脑机开发人工视觉系统第一步工作是“拍照”，用外部摄像头代替眼睛。患者会佩戴一副看起来很像普通眼镜的智能眼镜，镜框上集成了一个微型摄像头。刘冰介绍，这副眼镜充当了眼睛的角色，负责替患者观看前方的世界。

　　第二步工作是“翻译”，把图像翻译成大脑能懂的语言。摄像头拍到的画面会立刻发送到一个随身携带的、手机大小的视频处理单元，这也是整个系统的“智能大脑”。刘冰解释道，“智能大脑”就像一位高超的翻译官，可以瞬间识别出图像中最关键的信息，比如桌子边缘、杯子轮廓、门口位置，然后将这些信息翻译成一套精确的指令并告诉大脑。

　　第三步工作是“显像”，直接向大脑写入图像。这时，前面翻译好的指令会通过无线信号穿过头皮，发送到植入在大脑视觉皮层表面的柔软且分布着微小触点的电极阵列。不同触点再根据指令，用极其微弱的电流，精准地刺激特定位置的视觉皮层神经元，让患者“看到”一个个光点。通过控制不同电极的开关，这些光点就能组合成简单的形状、轮廓，甚至不同的颜色。

　　刘冰指出：“从‘光点’到‘颜色图形’，是视觉重建技术一项质的飞跃。我们证明了，脑机接口在视觉皮层重建有意义的视觉信息是可行的。下一步，我们将全力推进技术的临床转化。”

　　用创业来完成夙愿

　　谈及为什么要创办明视脑机，刘冰告诉《中国科学报》：“既是‘初心使然’，也是‘使命驱动’。”

　　明视脑机首席科学家张立是刘冰在中国科学院生物物理研究所读博时的同学，后来他俩在海外不同实验室做博士后研究——刘冰在美国加州大学伯克利分�：投趴舜笱Ы兄踩胧侥曰涌诜矫娴难芯�，张立在美国索尔克研究所开展灵长类视觉系统的结构和功能、视觉信息的神经信号编解码研究。

　　“我们虽然接触的是脑机接口领域的不同研究方向，但都希望利用各自掌握的技术知识，去解决单一学科无法解决的重大临床问题。”在刘冰看来，“明视脑机的初创成员在海外相识多年，然后又抱着科技报国的初心和使命感陆续回国，用创业来完成这个夙愿也是必然的选择。”

　　张立则告诉记者：“我们希望通过创业，做出能真正改变患者生活的产品，并且遵循医疗产品开发的客观规律，满足安全性、有效性和可及性的要求。”

　　2023年，刘冰回国加入中国科学院自动化研究所。2024年，刘冰和张立等一群“海归”创办了明视脑机。

　　“在现阶段，我们更像一个专科医生，希望为盲人重建视觉。”刘冰说，“对于失明患者而言，一个能够安全、可靠地提供基础视觉功能、帮助他们独立生活的系统，其现实意义更为重大。我们选择了一条临床转化路径更清晰、风险更可控的道路。”

　　“不用传统的硬质材料，我们采用了超薄柔软的电极，让它能温和地贴合在大脑表面，最大限度地减少对脑组织的刺激和损伤。”张立解释道，“我们的首要原则就是安全，只有大脑和植入体能够长期‘和平共处’，这项技术才能真正造福患者。”

　　任何植入式医疗技术，如心脏起搏器、人工耳蜗，都经历了从让人疑虑到被广泛接受的过程。明视脑机创始团队希望通过柔性材料、微创手术方案和长期生物相容性测试，既考虑到最终手术成本，又能降低未来临床应用的门槛。

　　当前，明视脑机已经在北京和上海与相关医院合作，筹备脑机接口视觉重建临床医学研究中心。“未来，脑机接口技术一定会向更微创，甚至非侵入式的方向演进，但现阶段，对于实现有意义的视觉功能而言，皮层植入是经过科学验证的最有效路径。”刘冰告诉记者，“我们会稳步推进技术落地转化，通过可靠、安全的数据和临床效果建立医患信任。”

责任编辑：刘晓璇

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