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仿生眼再进化!研究人员开发高级计算机模型,大幅改善彩色视觉和清晰度

2021-04-28 19:02 前瞻网   

 

数以百万计的人因退化性眼病而丧失视力。全世界每4000人中就有一人患有遗传性视网膜色素变性。

南加州大学凯克医学院(Keck School of Medicine of USC)的研究人员开发了一种信号,可以使盲人的彩色视觉和清晰度得到改善。

据悉,研究人员开发了一种经过实验验证的高级计算机模型,该模型重现了眼睛中数百万神经细胞的形状和位置,以及与它们相关的物理和网络属性。

仿生眼再进化!研究人员开发高级计算机模型,大幅改善彩色视觉和清晰度

虽然视网膜假体领域仍处于起步阶段,但对于全球数百名用户来说,“仿生眼”丰富了他们与世界日常互动的方式。例如,看到物体的轮廓使他们能够在不熟悉的环境中移动,增加了安全性。如今,新的技术可以为患有这种综合症的人提供部分视力。“阿格斯II”是世界上第一个视网膜假体,它复制了对视觉至关重要的眼睛部分的一些功能,让用户感知运动和形状。

“我们现在的目标是开发真正模仿视网膜复杂性的系统,”南加州大学凯克医学院(Keck School of Medicine)和南加州大学维特比工程学院(Viterbi School of Engineering)眼科和电气工程教务长扬卢卡·拉齐(Gianluca Lazzi)说。

他和他的南加州大学同事利用先进的视网膜计算机模型进行了两项最新研究,取得了进展。他们经过实验验证的模型重现了眼睛中数百万神经细胞的形状和位置,以及与它们相关的物理和网络属性。

研究人员专注于将视觉信息从眼睛传输到大脑的神经细胞模型,确定了未来视网膜假体设备可能增加清晰度和赋予色觉的方法。

病患会接受一个带有一系列电极的微小眼球植入物。当一副带有摄像头的特殊眼镜传输信号时,这些电极就会被远程激活。摄像头检测到的光线模式决定了哪个视网膜神经节细胞被电极激活,向大脑发送一个信号,导致大脑感知到一个由60个点组成的黑白图像。

在一定条件下,植入物中的电极会顺便刺激邻近目标的细胞轴突。对于仿生眼的使用者来说,轴突的这种偏离目标的刺激导致他们感知到的是一个拉长的形状,而不是一个点。在《IEEE神经系统与康复工程学报》(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)上发表的一项研究中,拉齐和他的同事们利用计算机模型来解决这个问题。

“你想激活这个细胞,而不是邻近的轴突,”拉齐说。“所以我们试图设计一种更精确地针对细胞的电刺激波形。”

研究人员使用了两种类型的视网膜神经节细胞模型,在单细胞水平和在巨大的网络。他们发现了一种短脉冲模式,它优先以细胞体为目标,轴突的脱靶激活较少。

《科学报告》(Scientific Reports)杂志最近发表的另一项研究将同样的计算机建模系统应用于同样的两种细胞亚型,以研究如何对颜色进行编码。

这项研究建立在早期的调查基础上,这些调查显示,使用“阿格斯II”的人感知到的颜色变化与电信号的频率(信号在给定时间内重复的次数)的变化有关。利用这个模型,拉齐和他的同事开发了一种策略,通过调整信号的频率来产生对蓝色的感知。

除了在仿生眼睛中添加颜色视觉的可能性外,在基于该系统的未来发展中,色彩编码还可以与人工智能相结合,提供更优的性能。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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