電刺激能否恢復視力？電極陣列或可幫助受損視神經再生

視神經就像是連接眼睛與大腦的高速光纖電纜。可一旦這條“電纜”因外傷或疾病受損斷裂，神經便無法修復，視力也無法恢復。

如今，一些工程師正致力于改變這一現狀。

加州大學圣地亞哥分校電氣與計算機工程教授Shadi Dayeh正在研發一項可通過電刺激促進視神經再生的技術。他的研究隸屬于一項名為VISION的多學科合作項目（全稱為：眼球整體移植的存活能力、成像、外科手術、免疫調節、眼部保護與神經再生策略），該項目旨在讓能夠恢復視力的全眼球移植成為現實。

盡管全球首例全眼球移植已于2023年完成，但該手術目前尚無法恢復視力。Dayeh表示，他希望讓全眼球移植“不僅在解剖結構上可行，更在神經生理層面真正發揮作用”。一旦成功，移植受者將真正能用新移植的眼睛看見世界。

“視神經是連接眼睛和大腦的主干道。它也是最難修復的通路之一，”Dayeh表示，“因此，從工程學角度來看，這既是一項重大挑戰，也是一個重要機遇。”

但在實現視神經與大腦的重新連接之前，達耶團隊首先必須弄清人體這兩部分是如何進行信號傳遞的。近期，該團隊完成了Dayeh口中的“基礎性一步”：繪制光線、色彩和頻率的變化如何影響從視網膜到視神經再到大腦的視覺通路。

視神經雖小，卻功能強大。

普通成年人的視神經長度僅約4.5至5厘米，寬度約0.5厘米。但其橫截面上包含超過100萬根軸突 —— 這是神經細胞的絲狀突起，負責傳導電脈沖信號。

“視神經纖細而脆弱，”Dayeh說道，“它是一根高度密集的‘線纜’，承載著極大的信息帶寬—— 或許是人類神經系統中帶寬密度最高的線纜。”

為了精確探明這根精密“線纜”如何傳遞視覺信息，達耶團隊研發出了生物相容性電極陣列。在動物實驗與遺體解剖研究中，該陣列可包裹在視神經外部，并放置于大腦視覺皮層（負責處理視覺信息的腦區）之上。

這些電極陣列會沿著視神經到大腦的視覺通路發送電脈沖，并記錄眼睛和大腦對電刺激與視覺刺激的反應。這意味著研究團隊能夠探明視神經如何解讀特定視覺信號（如光線、色彩和對比度的變化），視神經如何將這些信息傳遞給大腦，以及大腦如何解讀這些信息。

“這就好比通信系統中的分布式傳感器陣列，”Dayeh說道。

通過該技術采集高分辨率數據，團隊繪制出視神經與視覺皮層的圖譜，以理解Dayeh所稱的“視覺通路的語言” —— 即視覺信號如何在視神經中編碼，并在視覺皮層中呈現。“我們的目標不只是記錄信號，更是要構建一套覆蓋整個視覺通路的編碼手冊。”

視神經并非筆直均勻的圓柱體，其彎曲結構上的直徑會不斷變化。因此，Dayeh團隊研發了超薄且柔性的電極陣列，以確保穩定貼合，“就像覆蓋在神經組織表面的電子皮膚”，達耶介紹道。

更大的難點在于對視神經和腦組織進行電荷刺激這一棘手問題。“視覺系統不同于肌肉，你不能直接用電擊刺激然后觀察反應，”Dayeh表示。

為避免造成組織升溫，Dayeh的系統對電荷的密度與空間分布進行精密控制。“熱負荷對安全性至關重要，”他說，“我們早期的大量工程研究都投入到了電極材料與結構設計上，以實現高效且安全的電荷注入。”

理解視覺通路的“語言”，只是整個難題的一部分。如今研究團隊已成功繪制出視神經與視覺皮層的信號圖譜，正著手研究如何利用這項技術幫助斷裂的視神經實現再生。

為此，該電極界面技術會向視神經精準施加并記錄可控的局部電刺激，以確定能夠激發神經再生的刺激位置與刺激強度。

“這種刺激并非神奇開關，”Dayeh解釋道，“它是一種精密工具，能夠輔助并加速神經通路再生的生物學過程。”

Dayeh的研究為多項旨在恢復視力的項目提供了支持，他將這一目標視為“再生醫學與神經技術領域中最具雄心的挑戰之一”。在Dayeh團隊對視神經與大腦之間的連接進行測量、繪制圖譜并有望引導其重新對接的同時，其他研究路徑還包括：

神經保護：在視覺細胞與神經回路受損消亡前對其進行保護

視覺假體與神經旁路系統：在天然通路失效時，通過直接向視網膜、視神經或視覺皮層傳遞信息來恢復視力

Dayeh提醒道，視神經再生仍是一個處于發展中的領域，尚有許多未知之處。但已有研究表明，處于激活狀態的細胞存活時間更長，也能更好地與周圍組織融合。Dayeh的技術正是通過電信號激活細胞。“簡單來說，”他表示，“我們的目標就是激活這些細胞，讓它們存活得更久。”

目前，視神經再生技術正在動物身上進行試驗，以驗證被切斷的視神經能夠讓軸突生長并連接到大腦，從而恢復視力。Dayeh預計，在經過嚴格的有效性與安全性測試研究后，大約三年內，這項新技術有望首次在人體上開展試驗。