神经科学家为视力受损的人研发新技术

来源:IEEE电气电子工程师

作者:Megan Scudellari

有许多可穿戴和便携式设备,旨在改善盲人和视力受损者的生活(在某些情况下,甚至恢复视力)。这些装置已经被开发用于身体的几乎每个部位:手指、手腕、腹部、胸部、面部、耳朵、脚,甚至舌头。

瑞士伯尔尼大学的Ruxandra Tivadar在认知神经科学学会(Cognitive Neuroscience Society,CNS)近日举行的年会期间表示:“目前市场上所有这些可穿戴设备在社会上的接受度都很低,因为当你戴上它们时,你看起来就像某种机器人战警,人们不想因为它们的损伤而引起更多的注意。”

此外,意大利热那瓦的意大利理工学院视障人士研究所所长Monica Gori指出,该领域对儿童工具的需求还没有得到满足。她说,全世界有3亿视力障碍的人中,估计有2000万是儿童。然而,在对迄今为止48种可用设备的分析中,只有2种是为儿童设计的。

在近日的会议上,Tivadar、Gori和其他小组成员介绍了该领域的几种新解决方案。在这里,我们(作者,以下简称我)简要介绍其中三个:

Photo: University of Lausanne
Study participants used haptic technology to learn a new space before trying to navigate it in person. 

A textured tablet to explore 2D space

我们之前讨论过法国公司Hap2U的技术:它是一种触觉界面,依靠显示器表面下方的超声波振动,在指尖上产生或多或少的摩擦,产生细致的触感。作为瑞士洛桑大学Micah Murray的研究生,Tivadar(现在是伯尔尼认知计算神经科学小组的成员)和同事们在平板电脑上使用Hap2U的技术重新创建了公寓布局的二维轮廓。然后,科学家们要求有视力的参与者蒙上眼睛,用指尖探索纹理布局。在CNS演讲的这篇未发表的研究中,研究小组发现,在通过触摸设备探索房间45分钟(并接受盲探索训练)后,参与者成功地“探索”了真实的公寓空间。

“数字触觉技术成功地传输了空间信息,”Tivadar在演讲中说。她和同事们与Hap2U合作开发了公司使用纹理来表示空间的能力。她指出,最实际的应用将是直接在手机上使用这项技术,结合音频和GPS提示,探索物理空间,Hap2U已经在开发这项技术。

Photo: IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
The Audio Bracelet for Blind Interaction (ABBI) uses sound and motion sensors to help blind and visually impaired children restore a sense of space. 

A sound solution for kids

在过去的十年里,Gori的实验室反复发现,盲童在空间声音和触觉任务中经常表现出障碍,比如判断声音之间的间隔或者用触觉识别物体的方向。Gori告诉IEEE Spectrum,为了防止这些感知和社交延迟,“我想要一些非常简单的东西,一个简单的声音设备,可以在没有任何认知负荷或训练的情况下进行处理。” 因此,她创造了一款用于盲人互动的音频手镯(Audio Bracelet for Blind Interaction,ABBI),这款手镯集成了音频系统和运动传感器,能够产生声音,帮助在没有视觉数据的情况下恢复空间感。

在一项对44名6-17岁失明儿童的研究中,与对照组未使用ABBI的儿童相比,在一系列的训练活动中使用ABBI的儿童在3个月内提高了他们的听觉和运动技能,并在一年后仍旧保持了这种提高程度。

 

Photo: Pixium Vision
Image of an eye with the PRIMA implant. 

Restoring sight: Retinal implants and optogenetics

法国巴黎视觉研究所所Serge Picaud介绍了视网膜修复术和光遗传疗法的最新进展,这两种疗法可以帮助盲人和视力受损者恢复视力。在Second Sight的Argus II植入物表现不佳,视网膜植入物AG闭合后,他和其他人正在研究一种可以刺激眼睛到至少625像素的设备,这应该可以进行一些面部识别。Picaud正与巴黎的Pixium Vision公司合作,开发一种名为PRIMA的无线378电极芯片,该芯片诞生于斯坦福大学的Daniel Palanker实验室。

到目前为止,植入假体的患者似乎确实恢复了一些视力,比如能够阅读信件。Picaud说:“目前,患者的视力已经达到了低于法定失明的水平。”为了达到625像素,该团队可以在一个区域使用两个植入物,或者在一个植入物上使用稍微小一点的电极。

Image: Institute of Vision
In the development of retinal prostheses, researchers believe at least 600 pixels are needed to recognize a face. 

研究人员认为,在视网膜假体的发展过程中,识别人脸至少需要600个像素。

但为了实现细胞的分辨率,Picaud的团队已经开始研究光遗传学疗法,在这种疗法中,一种基因被引入到眼睛后部的细胞中,使它们变得对光敏感。Picaud是Gensight Biologics公司的创始人和科学顾问委员会成员之一,该公司最近将这项研究从灵长类动物转移到患有色素性视网膜炎(一种罕见的遗传性眼病)的人类临床试验中。

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