文 | 追问 nextquestion赌钱赚钱app

我常想，假如天主给我三天光明，我最想看什么呢？或者我将怎样享受这份幸福呢？当我这么想的时候，也请你想一下吧。请想想这个问题，假设你也独一三天光明，那么你会怎样使用你的眼睛，你最想让你的眼力停留在什么方位呢 ?——海伦 · 凯勒

生计在一个多彩的天下，咱们总会惋惜海伦 · 凯勒失明的遭逢，并被她对明媚天下的无尽憧憬所震荡。而现实生计中，环球至少有 22 亿东谈主眼力受损或失明。视觉皮层复原时期的发展，异常是频年来视觉皮层假体的辩论，为他们带来了一线盼望。然则，即即是复原了眼力，咱们又如何确知他们所见的天下究竟如何呢？

诚然当今已有三项视觉皮层假体的临床试验正在进行（其中一项使用名义电极，由 Second Sight Medical Products 公司开发的 Orion1,2，另外两项使用深部电极 3,4），但关于假体植入后眼力能复原到何种进度，咱们尚无法预测。此外，神经植入范围依然渊博依赖直观和教化，这可能会带来严重的直不雅子虚。

在最新发表于 Scientific Reports 的著述中 5，华盛顿大学的 Ione Fine 和 Geoffrey M. Boynton 形貌了一种基于视觉皮层（V1）神经生理结构的"假造患者"模子，告捷预测了参与者在庸俗的、已发表的东谈主类皮层刺激辩论中所产生的感知体验。模拟收尾标明，更多的、更小的电极并不行保证更好的眼力复原。在可料想的改日，皮层假体征战的感知质料可能更多地受制于视觉皮层的神经生理组织，而非时期截止。

01 现存眼力复原时期和难题

当今，环球正在紧锣密饱读开发各式眼力复原时期。至少有八个团队在开发视网膜电子植入物，其中两个征战已获准用于患者 6 – 12，其他征战正在进行临床试验 13。光遗传学是另一项有远景的辩论办法，初步收尾袒露一项临床试验阐述了有限的眼力复原。Leber 先天性黑矇的基因调理已经获取临床批准，好多其他基因调理正在开发中。视网膜上皮和干细胞移植也在赶快推崇，几项 I/II 期临床试验正在进行中。此外还有各式其他有远景的疗法正在开发中。  

然则，所有这个词这些疗法都是视网膜干豫，无法用于调理诸如视网膜脱离，或存在视网膜神经节细胞或视神经不可逆损害的疾病，比如赤子先天性青光眼。这极大的引发了东谈主们对通过成立大脑皮层视觉核心来复原眼力的敬爱。自 2017 年以来，已有三项视觉皮层假体的临床试验启动。诚然这些临床试验基于渊博已有文件（详见表 1），而况同期教诲了短期和长期的皮层刺激的后果。但是，迄今为止，这一系列辩论的收尾的确彻底是形貌性的。

当今，咱们不可能在视觉皮层假体植入东谈主类之前预测其复原眼力情况。神经植入范围仍依赖于直观和教化。举例，从直观上来想，咱们会觉得更多的、更小的电极能带来更好的分辨率。然则施行情况真如斯吗？

▷表 1 形貌东谈主类皮层电刺激感知后果的论文

Ione Fine 团队 14 通过建立基于 V1 区神经生理结构的策画模子或"假造患者"，告捷预测了多项已发表的东谈主类皮层刺激的感知体验，包括电刺激所引起的东谈主类感知的位置、大小和亮度、以实时空花样，试图在视觉皮层假体植入东谈主类之前预测其所产生的感知体验。

02 "假造患者"责罚数据不及问题

基于之前对视网膜假体刺激的模子，Ione Fine 团队提议了一套更动的表面框架。他们将皮层植入物中的电流进行时辰上的整合，并将其挪动为神经信号的强度。具体而言，这一模子对神经元群体进行刺激而产生的感知，是基于每个细胞的感受野进行的线性乞降，并把柄每个时刻该位置的神经信号强度进行加权获取。尽管该模子在数学旨趣上纯粹明了，且未经过复杂的参数调整，却告捷预测了多种皮层刺激数据。

▷Fine, Ione, and Geoffrey M. Boynton. "A virtual patient simulation modeling the neural and perceptual effects of human visual cortical stimulation, from pulse trains to percepts."   Scientific Reports   14.1 ( 2024 ) : 17400.

（1）从脉冲序列到感知强度的时辰挪动

在模子的想象中，Ione Fine 团队使用了一种快速的时辰整合阶段，这一阶段通常被觉得反应了细胞对电流的即时整合经由，用以生成"尖峰举止强度"的筹商目的。他们进一步假设了一个尖峰的不应期，即细胞在一次激活后需要一段时辰身手再次响应刺激。紧接着，模子干涉一个较为渐渐的整合阶段，并引入了压缩非线性辩论，如图 1 所示。

为了结束这依然由，他们使用了一个肤浅且熟悉的单阶段泄漏积分器进行建模。在这个积分器中，去极化速度与现时的去极化水平及输入电流成正比。这意味着，电流的变化会径直影响细胞的去极化速度。在模子的第一阶段，输出的"尖峰响应强度"并不单是代表单个尖峰，而是反应了来自不同激活明锐性的细胞群体的尖峰召募情况。压缩非线性辩论不仅捕捉了这一细胞群体中的富裕表象，还体现了更为复杂的皮层增益适度机制的影响。

▷图 1. 从脉冲序列到感知强度随时辰变化的转化默示图

（2）视觉主导柱、办法针轮和感受野

在低级视觉皮层（V1）中，存在着复杂而有序的神经结构，这些结构决定了咱们如何感知和处理视觉信息。图 2 基于 Rojer 和 Schwartz 的责任，展示了这些结构的模拟收尾。其中对视觉办法明锐的办法柱（图 2B），是通过对当场白噪声信号进行带通滤波后得到的，其滤波后的角度反应了神经元对不同办法的偏好。Ione Fine 团队随后彭胀了模子，加入了视觉主导柱（图 2C），这些主导柱是沿单一办法对统一白噪声信号的梯度，从而变成了正交陈列的视觉主导柱和办法柱。这些柱状结构与在猕猴和东谈主类中施行测量到的视觉主导和办法柱图谱高度相似。

单个感受野（图 2F）是视觉系统中隆重摄取和处理光信号的基本单元。它使用肤浅模子生成，通过加性组合"开"和"关"子单元，子单元的空间分离来自单峰分散。用于生成办法和视觉主导图的统一带通滤波白噪声，也用于生成适度"开"与"关"感受野分离（δ on – off）和"开"与"关"感受野相对强度（won-off）的图。

预测的光点是通过将每个皮层位置感受野的轮廓线性相加，并把柄该位置的电刺激强度进行加权生成的。这意味着，电极位置的刺激强度径直决定了感知到的光点的亮度和大小。

▷图 2. 皮层模子默示图

( A ) 从视觉空间到皮层名义的变换。 ( B ) 办法针轮图。 ( C ) 眼位上风列。 ( D ) ON 和 OFF 亚单元空间分离。 ( E ) ON 与 OFF 相对强度。 ( F ) 感受野大小。

（3）光幻视阈值和亮度当作电刺激时辰特质的函数

Ione Fine 团队将模子预测与各式脉冲序列中测量的电流幅度阈值和亮度评级的数据进行了比拟，该模子简略准确地形貌脉冲序列如何跟着时辰变化挪动为感知强度，从而告捷预测了在各式脉冲参数、电极位置和电极尺寸条目下的光幻视阈值和亮度评级。这意味着，岂论电刺激的频率、脉冲宽度或电极的具体位置和大小如何变化，模子都能可靠地预估出患者的感知体验。

光幻视阈值指的是产生可见光点所需的最小电流强度，而亮度评级则是患者对产生的光点亮度的主不雅评价。

（4）光幻视大小与电流幅度和偏心率的辩论

除此除外，Ione Fine 团队 1 的模子也告捷地预测了光幻视大小如何跟着电流幅度和视觉场的偏心率而变化。辩论发现，跟着电流幅度的增多，光幻视的大小也随之增大，这与患者的施行感知数据高度有关。这标明，电流幅度是决定光点大小的要津身分之一。此外，模子还袒露，光幻视的大小跟着视觉场偏心率的增多而增大。这意味着，位于视线边际的电刺激会产生比中央更大的光点。

（5）花样识别

在辩论中，团队比拟了同期刺激和按规章刺激两种不同的电刺激形式所产生的感知体验。收尾袒露，当多个电极同期被刺激时，模子无法正确识别出完好的字母花样，这与患者的施行体验一致。然则，当电极按照书写规章轮番刺激时，模子简略准确地识别出字母花样。这一发现揭示了一个要津点：同期刺激时，感知的光点难以被正确分组和评释，而按规章刺激则简略变成可辩别的花样。

这种表象可动力于"花样塔"效应的失败。花样塔脸色学强调举座大于部分之和，阐明咱们的感知系统倾向于将散布的光点整合成挑升念念的举座。然则，由于模子中未包含电场或复杂的神经时空交互，同期刺激时，光点无法被正确分组，导致花样识别的穷困。而规章刺激则通过期辰上的分离，减少了光点之间的干扰，使得感知系统简略更灵验地整合信息，正确识别出花样。

（6）使用"假造患者"预测新征战的感知收尾

Ione Fine 团队的模子简略复制如斯庸俗的数据，标明它不错提供对新时期可能的感知体验的知悉——这恰是"假造患者"模子的进击用途之一。

图 3 使用"假造患者"模子对不同大小电极可能产生的感知体验进行了探究。图 3A 中，模拟阵列遴荐了极小电极（顶端面积介于 500-2000 μ m ² 之间），模子预测的视觉光点袒流露与初步实验数据一致的收尾：相邻电极之间的光点无法被明晰分辩。这一预测与患者的预实验不雅察相符，标明当电极刺激阻隔在 0.4 至 1.85 毫米之间时，岂论是单个如故多个电极的刺激，都会产生花样不规定的光点。这意味着，使用极小电极可能会同期刺激到调谐办法相似的神经元群体，导致感知光点呈现出拉长或复杂的结构。

图 3B 和 3C 进一步辩论了电极大小对患者感知的影响。关于电流扩散有限的小电极（刺激的皮层组织半径小于 0.25 毫米），模子预测产生的光点结构复杂，如图 3B 上半部分所示，此时电极的大小对光点的外不雅或大小影响甚微。当电极半径在 0.25 毫米到 1 毫米之间时，光点初始近似于"高斯斑"（Gaussian blob），但光点的大小仍主要由感受野的大小决定，而非刺激区域的彭胀范围。独一当电极半径进步 1 毫米时，电极的大小才会权贵影响光点的尺寸。

要津是，模子标明在所有这个词这个词视觉范围中，感受野对光点大小施加了生理学上的"下限"。具体而言，将刺激区域的半径减轻到 0.5 毫米以下，可能不会权贵栽培眼力，反而可能导致光点变得难以解读。

▷图 3. 使用"假造患者"预测感知收尾

( A ) 袒露了包含独特小的深度电极阵列的模拟感知。下左面板袒露了阵列中电极的位置和大小。右上头板袒露了三个单独电极的示例感知。底下板袒露了同期刺激成对电极组合时的预测收尾。 ( B, C ) 袒露了不同电极大小和皮层位置下的模拟预测感知花样和大小。面板 C 中的短促暗影区域透露 5 – 95% 的置信区间。

一样的，更多的电极能否带来更好的眼力复原呢？

Ione Fine 团队通过图 4 对三种不同电极阵列成立的感知收尾进行了模拟，揭示了这一问题的复杂性。

图 4A 展示了电极在视觉空间中进行规定陈列的情况。这种陈列形式在中央凹区域（视网膜上隆重高分辨率眼力的区域）产生了稀罕的小光点，深入低估了该区域的感知智商。这意味着，尽管电极数目增多，但在中央凹区的光点分散不够密集，无法充分诓骗该区域的高分辨率后劲。

▷图 4. 比拟不同电极阵列成立的模拟 ( A ) 视觉场中的电极规定阻隔顶住。 ( B ) 皮层名义上的电极规定阻隔顶住。 ( C ) ‘最好’阻隔。

图 4B 则展示了电极在大脑皮层名义的规定陈列。这种成立的问题在于，中央凹区域的电极过度集聚，导致感受野之间出现渊博重迭。收尾，这些重迭的感受野并未带来分辨率的施行性栽培。事实上，在中央凹区域隔壁的电极的确投射到统一视觉空间位置，使得即使电极位置有微小变化，光点的位置变化关于患者来说亦然难以察觉的。这一发现挑战了传统不雅点，即觉得 V1 中中央凹区域的庸俗彭胀简略复旧较高的空间位置采样智商。

图 4C 展示了一种"最好"电极成立，即电极阻隔被想象为激勉的光点中心间距与光点大小保抓固定比例。由于感受野的大小跟着视觉场的偏心度线性增多，而皮层放大效应则以对数形式变化，这种最好成立在中央凹区域的电极分散比在相近区域更为疏松。收尾标明，电极应在中央凹区域更为分散地顶住，而不是密集陈列，这与常见的直观相悖。

Ione Fine 团队的模拟收尾标明，过度密集的电极陈列在中央凹区域并不利于栽培感知分辨率。相悖，基于神经生理学的拘谨，合理分散电极的位置和阻隔，身手最大化视觉皮层假体的感知后果。

03 "假造患者"模子带来的启示

"假造患者"模子责罚了眼力复原开发中的根柢问题——植入物在植入东谈主体之前，无法预测患者的感知体验。通过这一模子，辩论东谈主员简略在无需施行植入的情况下，料想和评估不同电极想象和刺激参数对视觉感知的影响。

此外，该模子还评释了一个要津性误区：增多电极的数目或减小电极的尺寸，并不一定会带来更好的视觉感知后果。相悖，以致可能导致感知体验的复杂化。

Ione Fine 团队的模子揭示了截止皮层植入物空间分辨率的三个主要身分：皮层放大率、感受野结构和电极大小。感受野大小与皮层放大率密切有关。在大部分皮层区域，感受野面积近似于皮层放大率的负 2/3 次方，这评释了 Bosking 等东谈主先前的不雅察，即患者绘图的光幻视大小不错通过皮层放大率来预测。在中央凹区域，皮层放大率达到最大值，因此感受野大小达到最小值，半径在 0.02 到 0.5 度之间。

数据和模拟收尾标明，关于固定电极尺寸，光幻视的大小随偏心率线性增多。关于半径小于 0.25 毫米的电极，这种线性辩论主如果由于感受野大小跟着偏心率的增多而增大所致。独一在电极尺寸较大时，皮层放大率和受刺激的皮层范围才会权贵影响光幻视的大小。

关于较小的电极，感受野的大小成为截止视觉明晰度的主要身分。如果简略弃取性地刺激具有独特小感受野的神经元，那么在中央凹区域的电极间距不错更紧密，从而结束更高的空间分辨率。然则，值得刺目的是，东谈主类简略分辨极其眇小的空间细节，这些细节远小于单个感受野的宽度。这些精采的空间辨别智商依赖于对具有不同感受野的神经元群体复杂反应模式的解读，而不单是是依靠单个神经元的感受野。

概括而言，Ione Fine 团队的模拟标明，改日可料想的时期内，视觉皮层假体的空间分辨率更可能受到视觉皮层神经生理结构的截止，而非只是是工程时期的截止。这意味着，要栽培眼力复原的后果，辩论东谈主员需要深入清爽和诓骗视觉皮层的神经生理结构特质，而不单是是追求更多或更小的电极想象。

04 现存"假造患者"模子不及

"假造患者"模子的出现修订了医学界对视网膜植出手术的融会。诚然建模时期早已用于模拟电刺激对局部组织的影响，举例电极的电流扩散，但如果不将假造模子彭胀到基本生理学旨趣，就无法预测感知收尾。

Ione Fine 团队的肤浅"假造患者"模子告捷预测了庸俗的皮层电刺激感知收尾，标明它可能为改日的视网膜或视觉皮层植入物提供合理的感知收尾近似值。这么一来，改日的辩论办法将会有更为可靠的‘被试’数据当作辩论办法的指令。

不外他们现存的模子还存在有待优化的空间。最初，当今模子使用电流幅度当作输入参数。表面上，更准确的设施是使用电流密度（电流强度除以电极面积），以更精准地反应电流在组织中的分散和作用后果。

其次，Ione Fine 团队 1 假设电极与皮层名义皆平。在实践中，电极不太可能与名义皆平，以致电极联系于皮层名义的眇小歪斜都可能导致仅电极边际灵验地驱动神经反应。

第三，模子应被视为一种近似模子，不适用于永劫辰刺激决议的践诺。第四，模子未包含电场或非线性神经互相作用。第五，模子假设感知是每个感受野的肤浅平均值。另一种设施是假设每个神经元更适合通过其"最好重构滤波器"来表征——即该细胞在神经群体中对当然图像重构的孝顺。

终末，现时的模子仅包括 V1 皮层区域。由于皮层名义的构型，在较高头绪的视觉区域（如 V2 或 V3 区域）植入电极要容易得多。模子中好多部分，包括从视觉空间到皮层名义的转化，都不错简陋践诺到这些更高的视觉区域。模子也不错容易地彭胀到包含 V2 或 V3 神经元感受野的模子。然则，V2-V3 神经元感受野结构的复杂性，加上穷乏来自 V2 或 V3 电极的皮层刺激数据，意味着当今对模子的任何此类践诺都厉害常测度性的。

05 改日瞻望

改日这些"假造患者"模子不错提供多种用途。关于辩论东谈主员和公司来说，一方面，它们不错定量测试咱们是否对时期有全面的清爽。由于汇集步履皮层数据的难度较大，模子驱动的设施简略灵验地指令哪些实验简略获取最有价值的主见，优化辩论资源的分拨。

另一进击用途是预测给定植入物可能产生的视觉质料。在本文中，Ione Fine 团队在评估不同阵列成立时依赖于对感知质料的定性评估。一种更严格的设施是改换主不雅可评释性：通过让眼力平方的个体使用模拟的假体视觉进行感知任务。或是使用模拟当作解码器的输入图像，该解码器经过老练以生成原始输入图像的重建，最近使用的皮层模拟器就雷同于更复杂模子中的一些表象。

终末，这些"假造患者"不错指令新时期的开发。举例，如上所述，现时的模子反直观地标明，在中央凹区域的小电极尺寸和密集植入的上风有限。"假造患者"还不错用于生成深度学习基础的假体视觉优化老练集，旨在为现存植入物找到最好刺激模式。雷同的视网膜刺激模子当今正用于通过生成深度学习基础的预处理老练集，在假造现实环境中模拟和优化假体视觉。

关于 FDA 和医保等机构，这些模子不错提供评估征战时进击视觉测试的主见，匡助制定愈加合理和科学的评估标准，确保新式视觉复原时期的安全性和灵验性。终末，关于外科医师和患者家庭，这些模子将提供更现实的感知收尾预期。

参考文件：

1.         Beauchamp, M. S. et al. Dynamic Stimulation of Visual Cortex Produces Form Vision in Sighted and Blind Humans. Cell 181, 774-783.e5 ( 2020 ) .

2.         Bosking, W. H. et al. Saturation in phosphene size with increasing current levels delivered to human visual cortex. Journal of Neuroscience 37, 7188 – 7197 ( 2017 ) .

3.         Gabel, V. P. Artifi Cial Vision A Clinical Guide.

4.         Fern á ndez, E. et al. Visual percepts evoked with an intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex. Journal of Clinical Investigation 131, ( 2021 ) .

5.         Fine, I. & Boynton, G. M. A virtual patient simulation modeling the neural and perceptual effects of human visual cortical stimulation赌钱赚钱app, from pulse trains to percepts. Sci Rep 14, 17400 ( 2024 ) .

6.         da Cruz, L. et al. Five-Year Safety and Performance Results from the Argus II Retinal Prosthesis System Clinical Trial. Ophthalmology 123, ( 2016 ) .

7.         Stingl, K. et al. Subretinal Visual Implant Alpha IMS - Clinical trial interim report. Vision Res 111, ( 2015 ) .

8.         Ayton, L. N. et al. First-in-human trial of a novel suprachoroidal retinal prosthesis. PLoS One 9, ( 2014 ) .

9.         Lorach, H. et al. Photovoltaic restoration of sight with high visual acuity. Nat Med 21, ( 2015 ) .

10.       Fujikado, T. et al. One-year outcome of 49-channel suprachoroidal – transretinal stimulation prosthesis in patients with advanced retinitis pigmentosa. Invest Ophthalmol Vis Sci 57, ( 2016 ) .

11.       Saunders, A. L. et al. Development of a surgical procedure for implantation of a prototype suprachoroidal retinal prosthesis. Clin Exp Ophthalmol 42, ( 2014 ) .

12.       Sommerhalder, J. & P é rez Fornos, A. Artificial Vision A Clinical Guide. Artificial Vision ( 2017 ) .

13.       Palanker, D., Le Mer, Y., Mohand-Said, S. & Sahel, J. A. Simultaneous perception of prosthetic and natural vision in AMD patients. Nat Commun 13, ( 2022 ) .

14.       Fine, I. & Boynton, G. M. A virtual patient simulation modeling the neural and perceptual effects of human visual cortical stimulation, from pulse trains to percepts. Sci Rep 14, 17400 ( 2024 ) .