大脑植入1024个电极，我们离“虚拟视觉”还有多远

原创 Insulindian 果壳

关于“缸中之脑”的科幻作品层出不穷，例如《黑客帝国》中，男主角一开始就被培养在营养液中，所有感官都来自电刺激，生活在一个完全由计算机模拟出的虚拟世界中。

现在，我们离这样的“虚拟世界”越来越近了。最近，科学家在猕猴大脑中植入电极，通过电刺激神经元，成功地让猴子感知到视觉信息。当然，这不是什么疯狂科学家的邪恶计划，他们希望这种方式最终能帮助盲人重见光明。

由计算机模拟出的虚拟世界？|《黑客帝国》

在大脑中，找到视野的对应点

说到视力，大家会先想到眼睛。实际上，大脑中的视觉皮层才是我们体内最大的视觉器官。视觉皮层占了大脑皮层约 1/4 的面积，可以对眼睛接收到的光信号进行处理，让我们能够“看到”这个世界，分辨出视野中物体的形状、颜色、运动。

视野中的物体经过眼睛，在视网膜上形成一个倒立的实像，而视网膜上的视野和初级视觉皮层之间则存在拓扑对应的关系。简单来说，视野中的一个位置，对应视网膜上的一个位置，同时也对应着初级视皮层上的一个位置。如果视野中的两个位置比较接近，这两个位置在视觉皮层上的对应位置往往也比较接近。在人和非人灵长类动物上，视觉皮层和视网膜之间的这种对应关系更加精细。

让猴子产生虚拟的幻觉

上周《科学》杂志的一项研究中，来自荷兰神经科学研究所的研究团队在健康猕猴的视觉皮层植入了 1024 个电极。这些电极大致覆盖了视野右下方 1/4 范围所对应的视觉皮层区域，并且深入进皮层内部，不仅可以记录神经元的活动，还能对电极周边的神经元进行精细的刺激。

1024个电极被排列成16个阵列，植入在视觉皮层 | 参考资料

在测量了神经元和视野位置之间的对应关系之后，研究人员直接对视觉皮层上的具体区域进行精细的电刺激，成功让猴子产生了视幻觉——这些猴子事先经过训练，当屏幕上出现光点时，会把视线移动到光点的位置。研究人员对猕猴的视觉皮层具体区域进行刺激时，也预设了视野里对应的位置；而受到刺激的猕猴，果然将视线移动到了研究人员预设好的视野位置上。

接下来，他们尝试让猕猴出现更复杂的视幻觉，比如看得到物体运动的方向、分辨“T”和“L”两个字母；结果，猴子都表现出了符合预期的视幻觉，可以识别物体的位置、形状和运动情况。

图丨Pixabay

这种由电刺激产生的感官信息被称为“神经义肢”，有潜力应用在眼睛、视网膜、视神经受损但视皮层完好的视力障碍者上。但对于人类来说，目前技术所能达到的精度还是太低，无法在人脑上给出足够精确的视觉；并且，人脑有更大的视觉皮层和更多的褶皱，电极的植入更有挑战性。同时，如何将设备无线化，长期植入人脑的电极如何解决生物相容性等，也都是需要考虑的问题。

那么问题来了——正在读这篇文章的你，会否也只是一个缸中之脑，受电刺激看到了眼前的文字呢？

参考文献

Xing Chen, Feng Wang, Eduardo Fernandez, Pieter R. Roelfsema. Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex. Science, 2020 DOI: 10.1126/science.abd7435

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