一種視神經(jīng)包裹式記錄裝置由中央縫隙分為兩部分，整體結(jié)構(gòu)形似一條攝影膠片。

研究人員將一片柔性 512 通道電極陣列包裹在視神經(jīng)周圍，以記錄其對(duì)刺激的反應(yīng)。該裝置由一道中央縫隙分為兩段，可避開視神經(jīng)損傷部位。

視神經(jīng)就像連接眼睛與大腦的高速光纖線纜。可一旦這條 “線纜” 因外傷或疾病受損斷裂，神經(jīng)便無法修復(fù)，視力也無法恢復(fù)。

如今，一些工程師正致力于改變這一現(xiàn)狀。

美國加州大學(xué)圣地亞哥分校電氣與計(jì)算機(jī)工程教授沙迪?達(dá)耶一直在研發(fā)一項(xiàng)可通過電刺激促進(jìn)視神經(jīng)再生的技術(shù)。他的研究隸屬于一個(gè)名為VISION的跨學(xué)科項(xiàng)目，全稱為 “眼球整體移植的可行性、成像、外科、免疫調(diào)節(jié)、眼球保存與神經(jīng)再生策略”。該項(xiàng)目旨在讓可恢復(fù)視力的全眼球移植成為現(xiàn)實(shí)。

盡管人類在 2023 年首次實(shí)現(xiàn)了全眼球移植，但這一手術(shù)目前仍無法恢復(fù)視力。達(dá)耶表示，他希望讓全眼球移植 “不僅在解剖結(jié)構(gòu)上可行，更在神經(jīng)生理層面真正有效”。如果他的研究取得成功，移植受術(shù)者將真正能用新移植的眼睛看見事物。

“視神經(jīng)是連接眼球與大腦的主干道，也是最難修復(fù)的神經(jīng)通路之一?！?達(dá)耶說，“因此，從工程角度看，這既是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，也是一個(gè)重要機(jī)遇?！?/p>

但在重新連接視神經(jīng)與大腦之前，達(dá)耶團(tuán)隊(duì)首先必須弄清這兩個(gè)身體部位如何進(jìn)行通信。近期，團(tuán)隊(duì)完成了達(dá)耶口中的 “奠基性一步”：繪制光線、顏色和頻率變化如何影響從視網(wǎng)膜到視神經(jīng)再到大腦的視覺通路。

學(xué)習(xí)視覺 “語言”

視神經(jīng)雖小，功能卻極為強(qiáng)大。

普通成年人的視神經(jīng)長(zhǎng)度僅約 4.5 至 5 厘米，寬度約 0.5 厘米。但其橫截面包含超過一百萬根軸突 —— 這些神經(jīng)細(xì)胞的絲狀突起負(fù)責(zé)傳導(dǎo)電信號(hào)。

“視神經(jīng)細(xì)小而脆弱，” 達(dá)耶說，“它是一條高度密集的‘線纜’，承載著極大的信息帶寬，很可能是人體神經(jīng)系統(tǒng)中帶寬密度最高的線纜?！?/p>

為精準(zhǔn)探明這條脆弱 “線纜” 如何傳輸視覺信息，達(dá)耶團(tuán)隊(duì)研發(fā)出生物兼容的電極陣列，在動(dòng)物與遺體實(shí)驗(yàn)中將其包裹在視神經(jīng)上，并放置于大腦視覺皮層（負(fù)責(zé)處理視覺信息的腦區(qū)）。

這些電極陣列沿視覺通路 —— 從視神經(jīng)到大腦 —— 施加電脈沖，并記錄眼球與大腦對(duì)電刺激和視覺刺激的反應(yīng)。這意味著團(tuán)隊(duì)可以觀察視神經(jīng)如何解讀特定視覺信號(hào)（如光線、顏色和對(duì)比度變化），如何將這些信號(hào)傳遞給大腦，以及大腦如何解讀這些信息。

“這就像通信系統(tǒng)中的分布式傳感器陣列?！?達(dá)耶說。

隨著技術(shù)收集到高分辨率數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)開始繪制視神經(jīng)與視覺皮層圖譜，以理解達(dá)耶所稱的 “視覺通路語言”—— 視覺信號(hào)如何在視神經(jīng)中編碼，并在視覺皮層中呈現(xiàn)。“我們的目標(biāo)不只是記錄，更是建立一套覆蓋整個(gè)視覺通路的編碼手冊(cè)?！?/p>

視神經(jīng)并非筆直均勻的圓柱體，其直徑會(huì)隨彎曲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這也是達(dá)耶團(tuán)隊(duì)研發(fā)超薄、柔性電極陣列的原因，以確保穩(wěn)定貼合，“就像貼在神經(jīng)組織表面的電子皮膚”。

更大的難點(diǎn)在于對(duì)視神經(jīng)與腦組織進(jìn)行安全充電?！耙曈X系統(tǒng)不像肌肉，你不能直接電擊然后觀察反應(yīng)。” 達(dá)耶說。

為避免組織發(fā)熱，達(dá)耶的系統(tǒng)對(duì)電荷密度與空間分布進(jìn)行精密控制。“熱負(fù)荷對(duì)安全性至關(guān)重要?！?他表示，“我們?cè)缙诖罅抗こ萄芯慷纪度氲诫姌O材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)高效、安全的電荷注入?！?/p>

促進(jìn)視神經(jīng)再生

理解視覺通路的 “語言” 只是整個(gè)難題的一部分。如今，在成功繪制視神經(jīng)與視覺皮層信號(hào)圖譜后，達(dá)耶團(tuán)隊(duì)正研究這項(xiàng)技術(shù)如何幫助斷裂的視神經(jīng)實(shí)現(xiàn)再生。

為此，電極接口技術(shù)可對(duì)神經(jīng)施加精準(zhǔn)可控的局部電刺激并記錄反應(yīng)，以確定在哪些部位、施加多大強(qiáng)度的刺激能夠促進(jìn)神經(jīng)再生。

“這種刺激并非魔法開關(guān)?！?達(dá)耶解釋道，“它是一種精密工具，能夠輔助并加速神經(jīng)通路再生的生物過程?！?/p>

達(dá)耶的研究為多項(xiàng)視力恢復(fù)相關(guān)工作提供支撐，他將其視為 “再生醫(yī)學(xué)與神經(jīng)技術(shù)領(lǐng)域最具雄心的挑戰(zhàn)之一”。達(dá)耶團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)測(cè)量、繪制并潛在引導(dǎo)眼球與大腦間的神經(jīng)重連，而其他研究方向還包括神經(jīng)保護(hù)（在視覺細(xì)胞與回路受損前對(duì)其進(jìn)行保護(hù)）、視覺假體與神經(jīng)旁路系統(tǒng) —— 當(dāng)天然視覺通路失效時(shí)，這些技術(shù)可將信息直接傳遞至視網(wǎng)膜、視神經(jīng)或視覺皮層，從而恢復(fù)視力。

達(dá)耶提醒道，視神經(jīng)再生仍是一個(gè)新興領(lǐng)域，尚有大量未知問題。但已有研究表明，處于激活狀態(tài)的細(xì)胞存活時(shí)間更長(zhǎng)，也能更好地與周圍組織融合。達(dá)耶的技術(shù)通過電方式激活細(xì)胞?！昂?jiǎn)單來說，” 他說，“我們的目標(biāo)是激活細(xì)胞，讓它們存活更久。”

目前，視神經(jīng)再生技術(shù)正在動(dòng)物身上進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證斷裂的視神經(jīng)能否長(zhǎng)出軸突并連接大腦，進(jìn)而恢復(fù)視力。達(dá)耶預(yù)計(jì)，在經(jīng)過約三年嚴(yán)格的有效性與安全性測(cè)試后，這項(xiàng)新技術(shù)有望首次開展人體臨床試驗(yàn)。