仿生眼不相人眼

The bionic eye does not look like the human eye

------人工视感的动向及疑问？

都世民

摘要：本文主要讨论，俄罗斯最近否认有类脑芯片的研发计划，但从官方回应的信息看来，俄罗斯在研制仿生眼，进而讨论仿生眼及其有关问题。

关键词：人工视网膜、仿生眼移植、人工视网膜液体假体、生物混合人工视网膜。

为何不用“像”字而用“相”？

本文的标题按现在的汉字习惯，应该是用人字偏旁的像，现采用木字偏旁的相。原因是什么呢？一是相由心生，不是由大脑产生。二是中国传统文化，心字出现的频率相当高。用心读书，用心做事，心与眼相通等。三是中医理论认为眼睛附近有经络，通过经络与内脏相连。四是没有光，人眼看不见，奇怪的是人眼没有电磁波通道。五是第三只眼的问题，已引起现代视觉的研究和关注，例如多巴胺、视色素、蛋白质、无脑人、电磁波通道等诸多问题。六是普京总统也认为人工智能没有心灵。显然这心灵不是人的大脑。六是相组词有相似、相同、相像、相近、相当，所以用相，不用像字。七是如今照相馆的相字，延用之今，没有改变，照相机也是相字。但是摄像机、录像机，就改用人字旁的像。今天的仿生眼，是用什么字表示类似？人们还是用人字旁的像，为了区别仿生眼与人眼的像，本文采用木字旁的相。

为何俄罗斯否认类脑芯片计划？

最近，据俄《生意人报》称：俄罗斯正在制定名为“2021-2029年大脑、健康、智能、创新”的计划，根据该计划，将把芯片植入人脑。值得注意的是，该文件由俄罗斯科学院与莫斯

（俄罗斯官方回应的孝的相关图片，来源于网络）

科国立大学联合制定。计划将花费超过540亿卢布（73万7600美元）来实现这类未来技术。

2）据俄罗斯卫星网报道，国家技术倡议 (NTI) “NeuroNet行业联盟成员弗拉基米尔•科内舍夫表示：“如果立法障碍被消除，这样的工作（将芯片植入人脑 ）最早可能在2022年进行。我们将用一年时间准备技术基础，并在动物身上试验该技术。”他认为：“未必需要担心大规模植入芯片。首先，受试者很可能是无法独立行走的志愿者。对他们来说，这是一个不同寻常、有吸引力的新的生活机会，这类解决方案将使他们能够获得必要的行动自理能力。但是，這只是第一步。”他认为，未来这些解决方案将不仅可以解决运动功能，还可以提高记忆力。（https://view.inews.qq.com/topic/734432）

俄罗斯官方否认及其理由

1）俄罗斯教育和科学部新闻处发消息称，“否认有关将微芯片植入大脑计划的信息”。并表示，虽然最初授权了该项目，但被认定为“不适当的”投入，已经在去年年底削减了拨款。

2）俄教育和科学部否认进行这种技术研发，并进一步称该计划没有获得拨款，去年年底在政府层面已经决定这种研发不合理。

3）2021年6月22日，俄罗斯塔新社报道，俄罗斯科学院副院长弗拉基米尔·切霍宁曾发表评论说，俄科学家从未提出包含人脑芯片的计划，一种完全不专业的人，对这个方向所做的事情以半外行式描述，其实这与植入芯片根本没有关系。媒体提到的研发项目，使用的侵入式手段是矫正视力，只有电极进入大脑，为确保视力缺陷的中枢神经系统相应的部分与摄像头之间信息交流的芯片，没有植入大脑。（见参考消息报，2021年6月25日，第11版头条。）

克里姆林宫发言人佩斯科夫表示，他没有关于该计划的信息，“既不能确认，也不能否认”该计划目前是否正在进行。有关链接如下：

· https://www.sohu.com/a/473603553_121118994

· https://www.163.com/dy/article/GD8VOCO205504DLJ.html

·“专家：俄罗斯明年或将为残疾人的大脑植入芯片助其康复”

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1703319569721440933&wfr=spider&for=pc

·（“明年俄罗斯或出现第一批被植入芯片的人

http://cn.dailyeconomic.com/tech/2021/06/23/15947.html）

笔者思考，俄罗斯官方的否认，不表明他们没有研究仿生眼，但是明确指出，仿生眼是矫正视力，植入部分只是电极，而有关芯片在其身外，否认有类脑芯片植入人体，这是内行与外行的区别。而马斯克所做的，是将芯片植入人体，两者的做法是不同的，马斯克的人体实验至今没有消息，卡在何处尚不可知？

何谓仿生眼？

全球大约有 2.85 亿人群正在遭受视觉损伤之痛苦，很多治疗方案和技术创新一直在研发之中。而重获光明是人们的渴望。

仿生眼，被看成是光和视神经之间的桥梁，视神经将图像信息传入大脑，大脑再识别看到的物体。到目前为止，唯一通过美国 FDA (食品药物管理局)许可的仿生眼就是 Argus II ， Argus II 分为两个部分：包含小型摄像头和计算单元的一副眼镜和植入人眼表面的人工视网膜。人工视网膜可以接入视神经，无线传输视觉图像。目前 Argus II 只能帮助使用者看到物体大致轮廓和运动，不能看清事物的真实头像。实际上，这些仿生眼技术，不能让人恢复正常视觉能力。尽管研究者及媒体的评论，仿生眼让盲人复明带来希望。甚至有人想通过这种技术，让人变成超级人，这就不是科学幻想，而是一种不切实际的想法。

（http://news.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_201707107906.html）

2017-03-10，观察者网报道“中科院造出仿生眼 有望与人脑芯片结合引爆人工智能”。中科院计算所专家发明的“寒武纪1A”，模拟人脑神经元和突触，是深度学习专用处理器。中科院上海微系统与信息所专家模拟了人眼、小脑和脑干，如果仿生眼能与其结合，就能提升人工智能的智慧。然而这篇报道是否已经付诸实施？三四年过去了，却未见下文。

为什么仿生眼不相人眼？

人眼有很多独特的功能：一是左、右眼能自动协调，始终保持一定的距离关系，从而获得立体高分辨率图像；二是图像稳定，能够在颠簸等环境中获取稳定的图像；三是能对一个物体进行扫視、跟踪；四是随意切换观察对象，想看哪儿就看哪儿；五是对于明亮和暗淡的光线环境，可以自动切换；六是对颜色的分辨能力，可以达到万种，至今生物学对色感问题怎么形成的？并无确切的结论。

仿生眼能否做到上述这些特点，仿生眼的一个关键问题是人造视网膜，也称作人工视网膜。

人工视网膜

1）什么是人工视网膜？

人工视网膜（Artificial retina）是在失明者的视网膜下，植入达到一定功效和忍耐度的高科技医疗产品。2014年11月，以色列特拉维夫大学、耶路撒冷希伯来大学和英国纽卡斯特大学的研究人员组成的国际研究团队，开发出一种包含碳纳米管和纳米棒的薄膜，作为无线植入设备，诱导光刺激视网膜，效果很好。

2）为什么人工视网膜成为国内外研究热点？

首先因为盲人失明的原因，近视眼已成为全球第三流行疾病，中国近视患者人数多达6亿，是世界第一近视大国。2019年，全国儿童青少年总体近视率为50.2%。当近视度数≥600度（儿童≥400度），这种屈光不正常状态，称为高度近视。而近视度数在1000度以上的，即被认为是超高度近视患者。而高度近视会產生五大并发症：视网膜脱离、黄斑出血和黄斑变性、玻璃体液化变性、青光眼、斜视、弱视，其中之一是视网膜脱落。在视网膜脱离的病例中，70%是因为近视眼。这是较为常见的高度近视并发症，由于我们的眼轴变长，眼球后半部变薄，容易导致视网膜、脉络膜萎缩、变性，出现裂孔。从而引发出血和范围不等的视网膜脱落，导致视力丧失。

生物学认为，来自1.3亿感光细胞的视觉信号，在视网膜变成电脉冲信号，通过神经节细胞传入视神经纤维，然后经过外膝状体传入大脑中枢视神经，产生视觉。只要视觉传导通路:眼睛、视网膜、视神经、视皮层，或者是有关处理视觉信息的大脑皮质区域,，发生故障都能导致失明。

另外，生物学家受到人工耳蜗启示，利用电子设备能够支持或替代某些有缺陷的人体组织的功能。通过植入微电子器件来恢复病人的视力被认为是一种潜在的解决途径。

随着硅微加工技术的发展，通过光刻等技术，可以在微米甚至纳米尺度上制备元器件，在MEMS领域和Bio-MEMS技术中，柔性MEMS技术在柔性基底上加工出微米尺度的器件。这样制备的器件能经受冲击、折叠弯曲等；而Bio-MEMS技术利用MEMS技术制造体外分析诊断器件和体内植入器件。这就为人工视网膜的制造创造了条件。因此人工视网膜技术成为国内外研究热点。

3）人工视网膜的工作原理

这种技术是利用安装在眼镜上的摄像头来拍摄影像，通过可挂在腰上的装置，将影像转变为电脉冲信号。该信号再通过耳后的无线发射装置，经过天线收发，将图像信息传送到眼球表面的人工视网膜上的电极，并借助对人工视网膜的刺激，将视觉信号转送至大脑，最终形成视觉。2013年，人工视网膜在美、德等国已投入临床应用。

4）人工视网膜技术有什么问题？

笔者思考有以下问题：

1）感光细胞和视是神经纤维之间的连接图没有，这不是映射的神经网络所能表达的，生物学家已经研究出视觉通道不止一条，而反馈通道没有，这是映射的神经网络无法解释的。

2）人眼是不是照相机？按传统的说法，人眼被看成是照相机，如今也有看成自动变焦的照相机，而照相机的原理，与几千年前中国古人提出的小孔成像有关联，所形成的物象是倒像，这与人的眼睛所看到的是不同的。另外，人眼所看见的窗内和窗外，在阳光下的情况，与照相机拍摄的情况不同。在明亮和暗淡的光线下，人眼所见的物体与照相机拍摄的物体也是不同的。

3）人工电极能否替代细胞？仿生物的眼睛，植入视网膜的是电极，需要电源，不需要营养，与人眼的视网膜的细胞不同，细胞需要营养，必须有血液，按中医的说法还有经络问题，而仿生眼是不考虑这些问题，从现在的实际效果看，这电极不能替代细胞。

4）设置仿生眼的有关芯片，现在有两种做法，一种是植入人体，另外一种不植入人体。这两种情况都带来一个新的问题，这就是破坏了原来视觉通道的系统性，把人的眼睛的屈光部分，用摄像头替代，这是把人眼当做摄像机看待，检验这种看法的办法，就看仿生眼能否让盲人复明。

5）人工电极如何形成色感？

现在的仿生眼实际效果没有色彩，这是什么原因呢？是锥状的感光细胞不工作，还是这一类感光细胞与神经纤维的连接不工作？笔者思考盲人也有视力，在过去的博文中已经有所讨论，不再累述。盲人失明的原因是比较复杂，现在的结果有待进一步分析。

6）不同类型的人工视网膜植入技术的效果有何差别？

研究思路分成两类：视网膜下植入和视网膜外植入技术。视网膜下植入技术，是将芯片植入到视网膜神经感觉上皮和色素上皮之间的区域，代替感光细胞感受光照，直接利用视网膜本身将电信号转化成视觉。这种技术需要外接供能单元，手术难度高，使用范围较小，但是不用外挂一部摄像机。

视网膜外植入技术，是将电极阵列紧贴于视网膜外表面，用眼外传来的信号直接刺激神经细胞，相当于完全替换了镜头和感光器件。对两种不同的研究思路，成本、构造、机理、手术难度也不相同，其效果差别有多大？这是患者最关心的问题。

7）人工视网膜技术，今后发展会让盲人复明吗？笔者思考这个问题的解决，与人眼的构造机理有很大关系，如果人的眼睛不是照相机，也不是摄像机，那么这样做下去是不可能让盲人复明，会带来什么样的结果呢？现在，人工视网膜的种类在不断改进，有专家认为，高性能的仿生眼必须以优等的人工视网膜为基础。中国香港科学家联合美国科研团队开发出一款高密度半球型人工视网膜。研究人员表示，由该人工视网膜组装的EC-EYE仿生眼，首次在外观上成功模仿了人眼，某些指标理论上能与人眼媲美。然而这个报道是论文，不是临床结果。

（https://baijiahao.baidu.com/s?id=1670314326120536793&wfr=spider&for=pc2020-06-24）

另外，西班牙康普顿斯大学的科学家研制出一种生物混合视网膜，它由丝心蛋白（蛛丝蛋白质）和真正的视网膜细胞组成。这将有助于罹患老年性黄斑变性等疾病的患者修复受损的视网膜。研究人员对生物混合体的结构和功能特性进行了生物体外研究。同样这一项研究也未临床验证。

（https://baijiahao.baidu.com/s?id=1686131187428709233&wfr=spider&for=pc2020-12-15）

意大利技术研究所 ( IIT-Istituto Italiano di Tecnologia ) 的研究取得了一种人工视网膜液体假体。研究人员认为，液体人工视网膜植入物在确保宽视野和高分辨率视觉方面，具有巨大的潜力。将光活性聚合物包裹在比光感受器更小的颗粒中，可以增加与视网膜神经元相互作用的活性表面，并且可以轻松覆盖整个视网膜表面，并在单个光感受器水平上缩放光活化。"研究人员认为已经实现了像微型光伏电池一样的聚合物纳米粒子，它基于生命生物化学的基本组成部分——碳和氢。一旦注入视网膜，这些纳米颗粒就会形成与神经元大小相当的小聚集物，有效地等效为光感受器。这项技术确实比较新颖，但是这些纳米颗粒会带来什么问题？纳米颗粒毕竟不是细胞，能否替代细胞？仍然是一个问题。

总之，防生物眼睛的研究，确实取得了一些进展，但实现盲人复明仍然有很长的路要走。