怀疑论者认为仿生眼是不可行的，而开创视觉集成电路片的人们则正在努力证实这种怀疑没有根据。

《第二代星际列车》中的工程师乔迪 · 拉福吉生下来就是盲人。借助于直接装在脑袋上的光敏面甲，他的视力却较恒星飞船公司的其他乘务人员要好得多。那不过是假想的、发生在2460年的事，但今日仿生眼技术的先行者认为，在下一世纪的某个时候，他们能把这些是想象的产物付诸实现。

事实上，对生下来就失明的人，多半最难以治疗。因为他们的视觉系统幼年时就没有正常地发育过。但对于后天丧失视力的盲人则不然，最近在*国进行的研究，正在否定着这样一种观点，即视觉系统实在复杂，工程技术人员的修修补补无济于事的观点。首先，研究人员报告，他们在一盲妇人脑中直接植入电极，可形成视觉形象。目前，另一研究组用试探电极刺激兔眼后部，使盲兔恢复了视力，说明视网膜植入物——光敏“视觉芯片”是奏效的。当然，这些先导的试验离再造正常的视觉还很远，还存在着许多技术难题。可是，他们认为，这两种迥异的方法为恢复盲人视力——或许甚至是产生视力，指出了可行的路线。

对健全的眼睛来说，进入瞳孔的光线由晶状体聚焦，通过玻璃状液体——胶质中心区，到达眼球后部的视网膜。这时光线透过包括视网膜表面的神经中枢细胞在内的透明细胞层，直达光感受锥杆细胞层、锥杆细胞层为光所激励，把电脉冲通过视网膜的另一细胞层传导至神经中枢细胞，通过视神经输入大脑视觉皮层。人们所以能看出复杂的图像，正是由于视网膜细胞对视觉刺激源的各个不同方面产生感应，然后由大脑的专门中心对此解释为形状、颜色和动作等感知。可是，大脑究竟如何建立起一个有意义的图像，依然多少是个谜。

常见的两种失明，均系光感受锥杆细胞层受损所致。全世界有120万人患视网膜色素变性一一一种遗传性疾病。在西方，则以老年性黄斑变性为失明的主要原因。若干年内，这些盲人或许可获得麻省眼耳科医院和麻省理工学院的研究人员的帮助。由神经眼科专家约瑟夫 · 里佐（Joseph Riggo）和电机工程师约翰 · 怀亚特（John Wyatt）领导的研究组，打算用一微型芯片越过损坏的锥杆细胞层，直接刺激视网膜表面上的神经中枢细胞。

去年3月份，他们以探头向神经中枢细胞输入微量电流，刺激盲兔的视网膜，然后测定其大脑视觉皮层的活性，证明了这种方法是可行的。

该研究组目前正在全力分析研究其试验性视觉芯片。这将是一个包有机硅的超小型电子器件，2.2毫米见方，呈浆叶状。装有一个连在微型电极上的太阳能电池极，微型电极与视网膜表面神经中枢细胞层相接触。研究人员认为，电极只会刺激接触到的神经中枢细胞。里佐说：“目前，我们在芯片上装了20个微型电极，但可以方便地增加到100个”。

研究工作者希望最后能制得一副假眼，它包括安装在一副眼镜上的摄影机和计算机，该假眼可捕捉图像，将其转变为激光脉动光束。使激光光束指向视觉芯片，并被调制成带有数码形式的图像，指示芯片刺激视网膜的部位。只要将神经中枢细胞像锥杆细胞层那样接上线，那就不过是转化图像——就像图像通过正常眼睛的晶状体时的情况——并直接映到视网膜上。

但里佐承认，只有通过人体试验后，才能获得带视网膜植入物的患者情况的真实概念。20个微型电极只能刺激少数神经中枢细胞，因而无法了解，如果从健全的锥杆细胞层而不是从植入物接收信息时，一般每个神经中枢细胞将对哪个视觉刺激源产生感应。

映射图像

可是，去年10月国家卫生研究所神经系统修复术会议上传来好消息：人体神经中枢细胞似乎直接与锥杆细胞层相连，因此可以完全像正常的眼睛一样把图像映到带有植入物的视网膜的表面上。结论来自也在研制视网膜芯片的巴尔的摩港约翰 · 霍普金斯医院的研究小组。他们想确定，视网膜色素变性患者的神经中枢细胞受人为刺激时是否能传递电信号。眼科专家尤金 · 德胡安（Eugene de Juan）使用手动电极在两个自愿参试者身上做试验，刺激其一个象限内的视网膜。两个参试者都说看到了光点。德胡安说，更重要的是，这些光点是在相应于视网膜受刺激的那一个象限的视野中。

可是，尽管开始有了希望，但仿生眼的成功还远没有把握。“我们必须十分谨慎”，里佐说。“我们十分注意防止虚妄地提高视力障碍患者的希望。”把芯片植入人眼，一开始就存在不少技术难题。其中之一就是腐蚀问题。里佐和怀亚特的研究小组正在研制能防止含盐流体进入眼睛，而能让激光光束到达芯片的各种透明的硅树脂膜。

要使植入物与视网膜贴合得好，也不是件容易的事。每个眼球的外形均略有不同。在植入前必须将芯片弯曲至配合视网膜的弧度，但安装芯片时必然会引起玻璃状液体和晶状体的移动，这又会改变眼球的轮廓。再则必须把植入物“胶粘”在视网膜上。麻省理工学院的研究工作者正在用水凝胶——诸如用以制造隐形镜片的那种高含水量的透明胶质物做试验。

排异反应的问题又如何呢？对此里佐不太担心，他指出，兔子一年的生物配伍性试验迄今未显示任何自体免疫反应。但即使证实新研制的硅树脂膜和水凝胶同样是良性的，一些专家仍认为，把任何异物安到视网膜上总会造成损害。他们警告，在视网膜表面接触芯片处，会形成疤痕组织，从而封闭信号的通过。

德胡安及其同事们还正在试图对付另外两个技术难题。参试者正在帮助他们找出刺激神经中枢细胞所必需的最佳电流量。里佐、怀亚特及其研究组的试验结果表明，最宜电流值取决于刺激的视网膜的部位以及刺激的时间长短。德胡安研究组还希望找出，芯片其底上安装多少个电极可获得最佳的视力分辨率。视网膜约含有100万个与脑相连的神经中枢细胞——用电子学的术语来说，即有100万个象素。研究人员估计，一个产生64个象素的芯片——有64个微型电极与视网膜接触——可获得足以辨别粗体字母的分辨能力，如果是1000个左右象素的芯片，则可提供模糊的图像。

德胡安用两个电极同时插入视网膜色素变性患者的一只眼睛内，发现患者能区分像两个分开的光点那样的刺激源（只要这两个光点距离不小于1毫米）。换言之，由个别电极在大脑中产生的图像轮廓相当清晰，这启发我们，可把许多电极组装在视网膜植入物上以获取相当高的视力分辨率。究竟需要多少电极才能达到最好的效果，还有待观察。

一旦这些技术难题得以突破，依然有待最大的考验。电子植入物能否以人类大脑所能接受的形式提供视觉信息？“我们还不知道该技术实际上能否反映真正的景象，”里佐说。下一步是给患视网膜色素变性的狗植入试验性芯片，并监测这条使用头壳电极的狗的视觉皮层的活力。

如果一切顺利，里佐预期，可开始对人体进行为期5至10年的试验。然后研究工作者才能回答带有视网膜植入物的患者能否看到某种图像的问题。他们能否理会动作？他们的彩色视觉怎样？来自大脑的电子干扰会不会影响视网膜芯片的输出？尽管其他研究工作者仍持怀疑态度，该研究组却满怀信心。“我们的初衷是让这些患者能看到较大的形象，能沿着马路走，能分辨马路和车辆的位置，”里佐说。

即使视网膜植入物的研究工作者取得成功，仍然有许多盲人不能从这一讲究的技术获益。那就是一些受伤或诸如青光眼和糖尿病等疾病损坏了神经中枢细胞或视觉神经的盲人。但美国首都华盛顿市郊的国家卫生研究所的研究工作可能有朝一日会帮助他们重见光明。那里由特里 · 汉布雷赫特（Jerry Hambrecht）医师兼电机工程师领导的一个研究组正在研究一种类似于《星际列车》中的拉福吉所戴的面甲的一种技术。他们把电极直接植入大脑视觉皮层，希望能完全绕过眼睛。但大脑视觉的机理较之眼睛视觉的机理远为复杂，所以汉布雷赫特及其研究小组要取得成功，较之视网膜植入小组所面临的困难还要多。

眼睛旁路

最初的所谓皮层内假眼的样品已在~42岁青光眼患者的盲人身上做试验。早在2年以前，汉布雷赫特及其同事们就把38根妇女帽针状的微型电极放入该女盲人的脑中。这些微型电极是随机放入她头后部的枕骨突起中的，后者包容一部分通常接受来自视网膜的信号的视觉皮层。电极由4个分开的切口穿入头壳，以引线与计算机相连。“我们想检验她是否能看出光点以及她看到这些光点的程度如何，”汉布雷赫特说。

在4个月的期间，研究组一直利用计算机以2至20毫安的电流刺激电极。每一次刺激，女患者均报告看到了光点——压眼闪光。据汉布雷赫特说：“电流愈大，产生的感应愈佳”，由此他的研究组可标出在视野中每一个电极相应的位置。然后他们可成功地画出像字母I那样的简单图形。

在该试验收集到的资料的基础上，汉布雷赫特研究组开始研制更完善的假眼，后者拥有200个左右连在一个比小型立体照相机小的计算机上的微型电极。第一步，计算机会产生应有的图像，但最后该研究组计划用一个安装在一副眼镜上的超小型摄影机由外界输入视觉信息。“在不同的场合，摄影机将用不同的镜头，”汉布雷赫特说，“最好由广角镜头取得全景，还可转接望远镜镜头，以便更仔细地观察。”甚至还可以安装一个热敏镜头或红外镜头，使患者在黑暗里能看到东西。

初步的成功

不过目标暂时是比较初级的。他们希望自愿参试者借200个微型电极能辨认字体。但即使要达到这一步或许也是乐观的目标。首先，把电极安放到合适的位置上是极其关键的，但这并非易事——能接收来自眼睛的信号的大脑部位，各人均略有不同。一般，该部位恰在大脑皮层下面，但有些人该部位却可能在内部深处。对每位新患者安装假眼时，必须使随机安装的电极能映到视野上，才能放映出清晰的图像。

即使研究工作者能成功地植入200个微型电极，又能赋予自愿参试者以多大程度的视力呢？该研究组期望，植入的电极愈多，图像分辨率会愈高。研究工作者希望，下一个自愿参试者能十分清晰地看出简单的轮廓，但诸如视场深度、颜色和动作等其他视觉成分的情况又如何呢？

至于颜色，研究工作者发现，不同的电极用低电流产生不同颜色的压眼闪光。“我们了解，大脑里有专司各种原色的感受器，所以我们寻找过原色，”汉布雷赫特说。可是，自愿参试者报告的情况更为复杂。她没有看到绿色（光的原色之一）和包括一套紫色在内的几种混合颜色。她还报告，当电流增大时颜色变得更为混杂，直至最后，所有压眼闪光均变为白光。汉布雷赫特推测，用高电流时，有更多的神经细胞受到刺激，每个细胞指示的原色不同，混在一起就成为白色光点了。

如果一切顺利，假眼的功能在1年左右的时间内将会更确切。如果能获得食品和药物管理局及国家卫生研究所的批准，汉布雷赫特及其研究组将于明春开始他们新的一轮试验。为此他们需要一名现在虽然失明但从前曾是明眼人的自愿参试者。“我们需要他们有视觉记忆，”汉布雷赫特说，“这样他们才能告诉我们他们所看到的事物”。

汉布雷赫特预期，该项研究到2010年可望达到有假眼大批供应。凭借这样的假眼/盲人到底看得怎各样，还不能妄加推断。当然，我们离虚构的拉福吉的境地还很远。但正像英国盲人科学知识普及协会的发言人维罗尼卡 · 贝文（Veronica Bfevan）所估计的那样：“只要这些设计哪怕是能使盲人的视力稍有改善，那就功不可没了”。

[New Scientist，1995年8月19日]