日本將臨床應(yīng)用人造視網(wǎng)膜(腦部植入電極的主要功能)

日本大阪大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授瓶井資弘等人近日開(kāi)始了一項(xiàng)人造視網(wǎng)膜的臨床試驗(yàn)，該試驗(yàn)需要向接近失明的患者眼內(nèi)植入電極。據(jù)稱(chēng)，接受試驗(yàn)的第一例患者的視力恢復(fù)到了能夠辨別物體形狀的程度。研究團(tuán)隊(duì)預(yù)定在6月實(shí)施第二例手術(shù)。在確認(rèn)安全性與治療效果后，計(jì)劃在2018年得到日本厚生勞動(dòng)省批準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，投入實(shí)際臨床應(yīng)用。

這項(xiàng)臨床試驗(yàn)的對(duì)象為“視網(wǎng)膜色素變性癥”患者。在患者眼球后側(cè)植入電極，對(duì)仍存活的視網(wǎng)膜細(xì)胞等施加電刺激。

人造視網(wǎng)膜的工作原理是，利用安裝在眼鏡上的攝像頭拍攝影像，通過(guò)可掛于腰上的裝置將影像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。該信號(hào)再通過(guò)耳后的裝置傳至已植入的電極，并借助對(duì)視網(wǎng)膜的刺激將視覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)達(dá)至大腦，最終形成視覺(jué)。人造視網(wǎng)膜目前在美德等國(guó)已投入臨床應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)1月末將人造視網(wǎng)膜植入了第一例患者眼中。手術(shù)前該患者僅能識(shí)別明暗，但在術(shù)后，患者不僅能夠抓住眼前的長(zhǎng)棒，還能識(shí)別出長(zhǎng)棒運(yùn)動(dòng)的方向。在2015~2016年度，大阪大學(xué)計(jì)劃與企業(yè)以及其他大學(xué)合作，以10~15位患者為對(duì)象，開(kāi)展正式的臨床試驗(yàn)。

視網(wǎng)膜色素變性癥會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)細(xì)胞減少。日本國(guó)內(nèi)約有1萬(wàn)人以上的患者。人造視網(wǎng)膜無(wú)法使接近失明的患者恢復(fù)到正常人的視力，但至少能改善至識(shí)別物體形狀等，使患者的日常生活變得方便。

腦部植入電極的主要功能

大腦活動(dòng)伴隨著神經(jīng)元放電產(chǎn)生，而神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究需要研究大腦神經(jīng)元的電活動(dòng)情況，以了解大腦產(chǎn)生、傳輸和處理信息的機(jī)制。植入式微電極陣列作為一種傳感器件，是時(shí)間分辨率最高的神經(jīng)電活動(dòng)傳感手段之一，可以在盡量不損傷神經(jīng)系統(tǒng)的前提下，記錄神經(jīng)系統(tǒng)甚至單個(gè)神經(jīng)元的動(dòng)作電位。

如果可以記錄大腦運(yùn)動(dòng)輸出中樞的神經(jīng)電信號(hào)活動(dòng)，了解其信號(hào)特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以通過(guò)腦電直接控制外部設(shè)備做出相應(yīng)的動(dòng)作。通過(guò)這個(gè)方式，截癱病人可以使用腦電信號(hào)控制不同的機(jī)械電子設(shè)備完成不同的日?；顒?dòng)，這一技術(shù)通常被稱(chēng)為腦-機(jī)接口。

另一方面，神經(jīng)元在接受電極的電刺激信號(hào)時(shí)，可以被激活或活動(dòng)受到抑制，這一過(guò)程一般稱(chēng)為調(diào)控。通過(guò)神經(jīng)電極，可以對(duì)大腦特定區(qū)域或外周神經(jīng)施加電刺激，抑制不正常的神經(jīng)發(fā)放，用以治療帕金森病或慢性疼痛等疾病；也可以使用經(jīng)過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)調(diào)制的編碼信號(hào)刺激視覺(jué)神經(jīng)和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)，部分修復(fù)受損的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)，這一技術(shù)通常也被稱(chēng)為人工耳蝸或人造視網(wǎng)膜。

這些只是應(yīng)用在臨床上的一些應(yīng)用，事實(shí)上，科研人員在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用微電極在動(dòng)物身上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很多不可思議的功能。比如通過(guò)在大鼠腦袋中植入刺激電極來(lái)操控大鼠的左右轉(zhuǎn)向及前進(jìn)，從而控制大鼠的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)大鼠機(jī)器人的功能，這方面國(guó)內(nèi)浙大的研究團(tuán)隊(duì)做的比較多。另外，還有其他人通過(guò)將植入大鼠腦內(nèi)的記錄、刺激電極與人工智能整合在一起，使得大鼠的學(xué)習(xí)能力得到了很大的提升。?

無(wú)論是腦-機(jī)接口中使用的記錄電極還是人工耳蝸中用刺激電極，其功能是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)與外部電子系統(tǒng)之間的信號(hào)交換和傳遞，因此神經(jīng)電極也是神經(jīng)科學(xué)家了解神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)，研究大腦工作機(jī)制的重要工具。

不過(guò)由于微電極的制作工藝要求非常高，我們國(guó)內(nèi)使用的大部分產(chǎn)品都是從國(guó)外買(mǎi)來(lái)的。好在近幾年國(guó)內(nèi)的一些優(yōu)秀的公司團(tuán)隊(duì)也在開(kāi)發(fā)這方面的產(chǎn)品，比如清華團(tuán)隊(duì)在臨床上用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的刺激電極，以及鄭大團(tuán)隊(duì)（科斗腦機(jī)）開(kāi)發(fā)出在大小動(dòng)物上應(yīng)用的多通道微絲電極陣列（記錄電極以及刺激電極）。相信隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)整體科研能力逐漸提升，尤其最近提出的腦科學(xué)計(jì)劃，以后會(huì)有越來(lái)越多這樣的產(chǎn)品及公司的。

視網(wǎng)膜那么重要卻也脆弱，有沒(méi)有人工視網(wǎng)膜？

現(xiàn)在暫時(shí)還沒(méi)有人工的視網(wǎng)膜，但是我們的科學(xué)家正在不停的做研究，不過(guò)也是因?yàn)橐暰W(wǎng)膜太重要了，容不得一點(diǎn)差池。必須技術(shù)完善才能公諸于世，讓更多的人重見(jiàn)光明。

隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步，我們眼睛需要承受的東西大大增多，而且高強(qiáng)度的工作和大量的作業(yè)都會(huì)壓迫我們的視網(wǎng)膜，很多人年紀(jì)輕輕就近視或者換上了眼科疾病。雖然已經(jīng)有很多的手術(shù)可以治療白內(nèi)障或者青光眼之類(lèi)的病痛。近視也可以帶上眼鏡，但是這些手術(shù)都是外部的矯正。如果要徹底矯正我們的眼部疾病，那還是需要視網(wǎng)膜的重建。因?yàn)橹挥羞@樣，我們才能從最根本的地方解決，看不清、看不明白，看不見(jiàn)的問(wèn)題。

但是這是一條任重而道遠(yuǎn)的道路，并不是可以隨隨便便成功的，我們可以從很多的科學(xué)刊物中?？匆?jiàn)確實(shí)有特別多的研究團(tuán)隊(duì)在研究這一課題。而且前段時(shí)間在《自然》刊物上面也發(fā)表了這一課題在研究中，但是取得的進(jìn)步很少。這是生物界一個(gè)難以攻破的課題，但是我相信經(jīng)過(guò)科學(xué)家的努力一定能成功。

因?yàn)槿说囊暰W(wǎng)膜并不是一片像直立的晶片。他是彎曲的，是貼合著我們的眼球的，不是隨隨便便一塊晶體就可以成為我們的人工視網(wǎng)膜的材料，它需要經(jīng)過(guò)材料的選擇和一次一次的實(shí)踐，必須能讓它達(dá)到最佳效果，這樣才能在看到東西的時(shí)候大腦就做出反應(yīng)，不會(huì)說(shuō)現(xiàn)延遲傳輸?shù)陌l(fā)生。所以雖然已經(jīng)有科學(xué)家研究出來(lái)了仿生眼，但是他還是達(dá)不到像我們?nèi)祟?lèi)自身的視網(wǎng)膜一樣，能有迅速的反應(yīng)和真實(shí)的情景感。

所以視網(wǎng)膜的研究就變得更加的艱難，他不僅僅是科學(xué)家和人工視網(wǎng)膜的戰(zhàn)斗，更是我們普通人的戰(zhàn)爭(zhēng)，我們?cè)谄綍r(shí)就應(yīng)該注意用眼衛(wèi)生，保護(hù)自己的眼睛。

請(qǐng)問(wèn)一下生物計(jì)算機(jī)的原理？

生物計(jì)算機(jī)的原理是信息以波的形式傳播，當(dāng)波沿著蛋白質(zhì)分子鏈傳播時(shí)，會(huì)引起蛋白質(zhì)分子鏈中單鍵、雙鍵結(jié)構(gòu)順序的變化，開(kāi)始計(jì)算。

其主要原材料是生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并以此作為生物芯片。生物芯片比硅芯片上的電子元件要小很多，而且生物芯片本身具有天然獨(dú)特的立體化結(jié)構(gòu)，其密度要比平面型的硅集成電路高五個(gè)數(shù)量級(jí)。

生物計(jì)算機(jī)能夠如同人腦那樣進(jìn)行思維、推理，能認(rèn)識(shí)文字、圖形，能理解人的語(yǔ)言，因而可以成為人們生活中最好的伙伴，擔(dān)任各種工作，如可應(yīng)用于通訊設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航、工業(yè)控制領(lǐng)域，發(fā)揮它重要的作用。

美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室生物計(jì)算機(jī)部的物理學(xué)家們正在研制由芯片構(gòu)成的人造耳朵和人造視網(wǎng)膜，這項(xiàng)技術(shù)的成功有望使聾盲人康復(fù)。

生物電腦的成熟應(yīng)用還需要一段時(shí)間，但是科學(xué)家已研制出生物電腦的主要部件———生物芯片。美國(guó)明尼蘇達(dá)州立大學(xué)已經(jīng)研制成世界上第一個(gè)“分子電路”，由“分子導(dǎo)線”組成的顯微電路只有目前計(jì)算機(jī)電路的千分之一。

擴(kuò)展資料

科學(xué)家通過(guò)對(duì)生物組織體研究，發(fā)現(xiàn)組織體是由無(wú)數(shù)的細(xì)胞組成，細(xì)胞由水、鹽、蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)物組成，而有些有機(jī)物中的蛋白質(zhì)分子像開(kāi)關(guān)一樣，具有“開(kāi)”與“關(guān)”的功能。

因此，人類(lèi)可以利用遺傳工程技術(shù)，仿制出這種蛋白質(zhì)分子，用來(lái)作為元件制成計(jì)算機(jī)?？茖W(xué)家把這種計(jì)算機(jī)叫做生物計(jì)算機(jī)。

生物計(jì)算機(jī)主要是以生物電子元件構(gòu)建的計(jì)算機(jī)。它利用蛋白質(zhì)有開(kāi)關(guān)特性，用蛋白質(zhì)分子作元件從而制成的生物芯片。

其性能是由元件與元件之間電流啟閉的開(kāi)關(guān)速度來(lái)決定的。用蛋白質(zhì)制成的計(jì)算機(jī)芯片，它的一個(gè)存儲(chǔ)點(diǎn)只有一個(gè)分子大小，所以它的存儲(chǔ)容量可以達(dá)到普通計(jì)算機(jī)的十億倍。

由蛋白質(zhì)構(gòu)成的集成電路，其大小只相當(dāng)于硅片集成電路的十萬(wàn)分之一。而且運(yùn)行速度更快，只有1×10^(-11)秒，大大超過(guò)人腦的思維速度。

-生物計(jì)算機(jī)

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