昨日Nature封面，今日再发Science：新技术让眼睛返老还童，或可让盲人重见光明！

小奇

2020-12-10

目前，失明影响着全世界4000万人，这对他们来说，目前几乎没有治疗手段。恢复视觉对于失明患者和社会都有巨大的现实意义。如今科学家也不断在恢复视觉的研究道路上慢慢进行突破，每一个突破都能给予失明患者生活的信心！

70多年前，研究表明对人类视觉皮层的电刺激可引起短暂的光（光幻视）。随后，人们进行了许多尝试来开发皮质视觉假体（CVP），以电刺激视觉皮质以恢复视力障碍者的视力。CVP的基本设计很简单：头戴式摄像机捕获视觉场景，然后计算机将其转换为有图案的大脑刺激。

在2019年，在FDA批准的临床试验中，有6位患者植入了CVP。但是，该设备只有60个电极，使患者只能进行简单的任务，例如检测视觉场景中的亮或暗区域。所以，目前随着小型化和数字电路效率的进一步提高，科学家是时候再试一次CVP了。

再获突破

有鉴于此，在今日Science上，荷兰神经科学研究所Xing Chen和Pieter R. Roelfsema等人在皮质视觉假体研究中，再获新突破！该课题组开发的设备包括16个阵列，每个阵列64个电极，总共1024个电极。较高的电极数量意味着该设备可以将光幻视（即：眼的网膜在受到机械刺激、电刺激等不适当的刺激瞬时所产生的光感觉）排列成不同字母的形状，这可使受过训练的非人类灵长类动物可以对此进行区分。此外，非人类灵长类动物能够准确地执行更简单的任务，例如使眼睛移动到光幻视的位置，确定两个光幻视是处于水平配置还是垂直配置，以及确定两个光幻视是按一个顺序还是另一个顺序进行刺激，产生明显的运动印象。

在自然视觉中，来自视觉场景的信息会经过处理阶段的分层网络，从视网膜到丘脑再到初级视觉皮层（V1）和更高的视觉区域，例如第四视觉区域（V4）。Chen等人在NHP的V1和V4中都植入了电极阵列。他们使用的电极还穿透了皮层。因为皮层内电极靠近受刺激的神经元，这比位于FDA批准的CVP中的电极在皮层顶部更远的地方，所以刺激电流要小10到100倍。当一次刺激数百个电极时，低电流对于最小化设备的功耗和注入大脑的电流量至关重要。因此，该课题组通过从V4中的电极记录时进行刺激V1中的电极。他们表明，可以从V4中记录的神经元反应中估计合适的V1刺激电流，该过程可以针对多个电极自动而快速地进行。

结合无线，未来可期

但是，该设备仍然存在许多技术和生物学问题。在技术方面，Chen等人使用的电极阵列需要在大脑和CVP的其余部分之间建立有线连接。无线设备对于将临床设备长期植入人体必不可少。幸运的是，生物兼容无线设备在神经刺激方面取得了非常大的进步，这意味着解决方案已近在咫尺。

未来的研究还应该研究视觉场景和模式化的大脑刺激之间可能发生的转变的整个领域。先进的机器视觉可以从视觉场景中提取相关信息，该信息可能会根据情况而变化。例如，在导航任务中，可以传递箭头形状以表示正确的前进方向。经过几十年的错误开端，CVP终于拥有光明的未来。Chen等人证明了1000个电极足以产生字母，方向和运动的感知，从而为下一代CVP设定了新的基准。无线刺激、高密度电极制造和刺激算法的进步为新设备为盲人提供有用的视觉功能提供了希望。

逆转乾坤，重获光明！

在昨日，Nature同样也发表了关于视觉恢复的最新突破，并登上了封面，而该技术更加科幻，通过基因编程实现时光倒流，返老还童！

我们知道，衰老会对我们体内的所有细胞和器官产生负面影响。我们的大脑也不例外。发育中的大脑中的神经元形成回路，可以适应受伤后的变化和再生。人们长期以来都知道这些能力会随着时间的流逝而减弱，但是造成这种恶化的分子转移仍然是个谜。在分子水平上，表观遗传“噪声”的积累引起的基因表达模式的破坏被认为是组织功能下降的潜在机制。

哈佛医学院David A. Sinclair等人表明，可以对眼睛的神经元进行编程，使其恢复到年轻状态，在这种状态下，它们可以重新获得抵抗损伤和再生的能力。作者的发现揭示了衰老的机理，并指出了与年龄有关的神经元疾病的有效治疗靶标。成果发表在Nature期刊上，并选为本期的封面。

发现机理

具体而言，该研究团队表明神经节视网膜细胞中三种Yamanaka转录因子的表达将它们重新编程为更年轻的表观遗传状态，并逆转了眼中神经细胞的时钟。研究人员发现，转录因子可以恢复组织中年轻的DNA甲基化模式和转录组。

逆转视力

结果，视神经受损的小鼠能够再生轴突，在青光眼的小鼠模型和老年小鼠中，视力丧失得以逆转。研究小组发现，去除视神经的甲基化酶是修复视力所必需的。这些结果表明，哺乳动物组织保留了一条由DNA甲基化部分编码的年轻信息记录，可以访问该信息来改善组织功能并可能逆转衰老的影响。

我们希望，通过全球科学家的不断突破性研究，失明患者终能重获光明，我们拭目以待！

参考文献：

1. X. Chen et al., Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex. Science 370, 1191 (2020)

DOI: 10.1126/science.abd7435

https://science.sciencemag.org/content/370/6521/1191

2.Lu, Y., et al. Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision. Nature 588, 124–129 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2975-4

3. D. Nelidova et al., Restoring light sensitivity using tunable near-infrared sensors. Science 368, 1108

https://doi.org/10.1126/science.aaz5887

4. Y. Ma et al., Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable andSelf-Powered Retinal Nanoantennae. Cell 177, 243 (2019)

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.01.038

5. Gu, L., Poddar, S., Lin, Y. et al. A biomimetic eye with ahemispherical perovskite nanowire array retina. Nature 581, 278–282 (2020).https://doi.org/10.1038/s41586-020-2285-x