2013年12月11日 星期三

人工視覺系統助盲者見光明

67) 人工視覺系統助盲者見光明 **6-9-2013

撰文︰林順潮醫生www.dennislameyecenter.com/about.html 

我們之所以能看見東西,是因為眼睛將光資訊聚焦在視網膜上,視網膜將光學信息轉變成神經電信號,透過視神經傳送到大腦視覺區域,使我們看清東西(圖1

。對雙目失明的患者來說,生活就是無邊的黑暗,給他們帶來巨大的身心挫折,視力健康的人很難體驗到其中一二。

就正如小斌斌,由於遭遇不幸,失去雙眼,小小年紀就陷入黑暗之中,十分之可惜。那麼將來小斌斌是否只能接受失明的現實呢?人生總是存在希望,如今現代先進的科學研究給失明人士帶來了驅散黑暗的曙光,醫生和科學家們都正不遺餘力地研究如何能讓全失明人士能重新獲得光明。

有學者嘗試通過生物科學技術,使得感受光線的光感受細胞重新生長,或是通過基因工程重建其功能。而另一方面,醫生和科學家們另闢蹊徑,致力於研究人工視覺系統,希望可以藉助先進的科技,盡量去幫助這些身處黑暗的失明人士。人工視覺系統依靠先進的電子電腦影像技術對抗失明,他們並不尋求修復眼睛的生物功能,而是通過使用特別設計的電子視覺假體或者是電子導盲儀來幫助失明人士重新獲得「看見」世界的機會。

要注意的是,由於嬰兒出生後要一段時間進行視覺發育,以建立大腦的視覺功能,若是剛一出生便因先天眼疾而致不可逆的失明,則多無法透過使用人工視覺系統重見光明,但若發育至三至六歲,大腦的視覺功能已建立完全,此時若遭遇不幸失明,即使失去視網膜和視神經,仍有機會透過這些先進的科技設備刺激大腦的視覺區域,獲得重見光明的機會。

人工視覺系統發展
人工視覺系統的研究最早始於上世紀五十年代。目前人工視覺刺激器主要包括視網膜刺激器、大腦視皮層刺激器和視神經刺激器。視皮層刺激器是應用電極直接刺激枕葉皮層,可有光感產生,但無法形成圖像。視神經刺激器則是利用外置相機收集圖像,轉變為數字信號,經晶片處理傳遞到視神經周圍的微電極,刺激視神經產生信號。而視網膜刺激器是在視網膜下或視網膜表面植入不同微電極,微電極序列能把視覺資訊轉換成電子脈衝以刺激相鄰的神經節細胞,神經節細胞通過視神經把資訊傳人大腦,使患者能感知到圖像。

如今已有實驗表明,視網膜前或膜下晶片植入方法可達一定視力效果,而距離正式在臨床中使用尚需完善,對視網膜局部刺激是否可產生對整個圖像的感知,植入患者眼內是否能產生有用視力,對周邊視力是否有影響,電子晶片的改造及刺激參數的大小等問題還在不斷探索中。

最新的人工視覺系統研究──電子視覺假體(圖2


,適用於那些喪失視網膜光信號傳輸能力的人。電子視覺假體即電子眼,是先以安裝於眼鏡上的微型相機取得影像,然後再將該影像經由體外裝置轉換成電流信號後,以無線方式傳送到植入頭部的電極及晶片,刺激大腦視覺區域,令我們看見東西。它由安裝在眼鏡上的一個超小型電視攝像機和一個超聲遠距傳感器組成,傳感器通過電線和一台便攜式微型電腦相連接,微型電腦使用先進的計算機成像技術,對圖像和信號進行處理,然後電腦再啟動另一台微型電腦,由後者把電子脈衝信號發射至一排內置於大腦視覺皮層表面的電極上。

接受電子信號刺激後,每個電極會產生一至四個相隔緊密的光幻視, 如此,失明人士便可重獲光明。現時這一研究正在初步臨床實驗階段,有成功接受手術的失明人士,在失明數十年之後,重獲了部分的視力,雖然視力質素有限,但他可以不用任何輔助器械穿過房間,找到門和在停車場附近開車一段時間,躲開垃圾箱和他遇到的各種障礙物。盡管這一方法要進行手術在腦內放置這些裝置,存在感染及其他的風險,但確是醫學和科學領域的一項重大突破,目前醫生和科學家正在積極研究,預計五至十年內會有更顯著的成果。

電子導盲儀
除電子視覺假體外,電子導盲儀亦可以幫助失明人士重獲對影像的感知。現時市面有兩種電子導盲儀:舌頭導盲儀和前額導盲儀。電子導盲儀的使用無需施行手術在眼內或者大腦內植入電子裝置,同時亦能給予失明人士對影像的感知。

舌頭導盲儀(圖3

則通過一個安裝在眼鏡上微型攝像機,把圖像傳遞到一個手動控制器上,控制器把圖像轉變電子脈衝,變成低圖元的黑白灰畫面,此時「再造畫面」通過電極感應器的電脈衝刺激舌頭,再根據影像黑白兩色而決定脈衝的強度,白色會有強烈的脈衝,黑色則沒有脈衝訊號,並由感應器上的電極傳到腦部,構成一幅低圖元黑白兩色二維圖像。脈衝訊號的強弱通過神經傳遞至大腦,大腦的「視覺區域」會幫助還原畫面中影像的輪廓,這樣失明人士就可以通過舌頭感覺到不同的電脈衝刺激,令失明人士重新「看」到一些東西。  

前額導盲儀(圖4

利用小型攝像頭拍攝前方資訊,拍攝到的影像被自動送到微型電腦裏,微型電腦先將送來的影像的輪廓線條數據化,然後把數據化的輪廓線條轉換為電子脈衝信號,被轉換成電子信號的輪廓線條,將從使用者前額部位裝載的數百個電極處輸出。使用者通過前額的觸覺去感知這些輸出電氣信號進而感知物體的輪廓線條,同使用手指觸摸點字閱讀一樣,使用者可以通過前額感知電子信號所傳達的物體的位置、動作、形狀來想像前面的空間裏的具體情況。

儘管這些裝置目前還處於早期階段,所形成的影像還相當粗糙,然而通過這些裝置,雙目失明的人士能夠「看到」各種物體的線條及輪廓形狀,腦海裏能夠呈現出在什麼地方放有哪些東西,起碼能夠比較放心的向前走,因此這些裝置使他們可以有機會重新認識世界,以及令生活方式出現重大轉變。

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