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通过动态电流电极刺激大脑皮层成功在受试者脑
发布时间:2021-01-20 10:58    文章作者:凯博国际

  对于全球5000多万盲人来说,重见光明是一个遥不可及的梦想。而为了与盲人朋友进行交互,我们发明了盲文,用各种凸起的

  随着脑科学研究的深入,以及脑机接口技术的发展,科学家们开始尝试开发能够让盲人看见东西的高科技设备:视皮层视觉假体。

  5月14日,国际顶级期刊《细胞》杂志发表了一项黑科技成果,来自美国贝勒医学院DanielYoshor教授带领的研究团队,通过动态电流电极刺激大脑皮层,成功在受试者脑海中呈现指定的图像。

  DanielYoshor教授表示:“当我们使用电刺激在患者大脑上直接追踪字母时,他们能够‘看到’预期的字母形状,并正确识别出不同的字母。他们把这些字母描述成发光的斑点或线条,就像正常人看到天空中出现的字母一样。”

  我们知道,人类之所以能够看到、听到、摸到周围的世界,是因为我们的眼睛、耳朵、皮肤会将环境刺激信号传输到大脑皮层,并在皮层相应区域产生神经元活动。正是这些神经元的活动,才形成了我们对外部环境的真实感知体验。

  当然,大脑皮层偶尔也会错误地形成一些真实世界并不存在的感知体验,比如幻听、幻视。

  而对于绝大多数盲人来说,失明主要是由于眼睛或者视神经受损,而大脑与常人无异。因此,数十年来,科学家一直想开发一种设备,直接绕过受损的眼睛和视神经,直接将视觉信息传递给大脑,从而使盲人恢复视力。

  这种设备被称为视皮层视觉假体(visualcorticalprosthetic)又名“仿生眼”,是一种将图像信息进行人工处理与编码,通过插入的微电极阵列对视觉神经系统进行刺激,使盲人恢复部分视力的人造器官。

  早在1996年,来自美国犹他州的世界著名高等学府犹他大学的研究人员就成功开发出了视皮层视觉假体,长度为1.5mm的100个针状电极呈10×10正方形排列在厚0.2mm、面积为12.96mm2的金属薄片上。

  在当时的实验中,研究人员将电极植入患者脑内,刺激大脑皮层,成功让患者产生了“光幻觉”,患者可以描述研究人员预测的颜色,并且跟随光斑的位置转动眼球。

  随后,研究人员又对视皮层视觉假体进行了改良,开发出了经颅刺激的无痛、非入侵式的方法,可以使正常人和盲人产生“光幻觉”,同时也可以用来确定患者的视觉皮层是否正常,用于帮忙筛选合适的“仿生眼”移植者。

  然而,即使经过改良,这些视皮层视觉假体依旧不太成功,因为这些方法仅仅将每个电极视为可视显示器中的像素,通过同时刺激了多个电极,参与者虽然可以“看到”到光点分辨颜色,但却无法识别有用的信息,例如文字和图像。

  为了让视皮层视觉假体能够更好的帮助盲人认识世界,DanielYoshor教授开始着手动态激活电极的研发。而其中的技术原理也很有趣。

  小时候,大家都应该玩过一个简单版“你画我猜”的小游戏,一个小伙伴用手在另一个小伙伴的手上或者其他部位写下一个字,然后让另一个人猜这个字是什么。

  显然,如果我们直接拿一个汉字或字母往手上按压,另一个小伙伴肯定很难猜出正确答案,这也是此前视皮层视觉假体的局限,无法生成连贯的刺激,让患者产生对字母或图片形成连贯的感知。

  而通过手写的方式,我们显然可以更准确的猜出答案。这也是DanielYoshor教授灵感的来源,通过动态电极刺激大脑皮层绘制字母或图像的轮廓,从而让患者能够更清楚地识别研究人员想要传达的信息。

  为了实现这一目标,研究人员对传统的电极进行了改进,结合了电流转向和动态刺激,通过精准的电流控制,依次激活不同的电极,来实现字母或图片轮廓的绘制。

  为了验证这一改良后装置是否可行,研究人员在四个视力受损但没有完全失明,以及2个完全失明患者的大脑视觉皮层内植入这种电极,然后依次激活不同的电极,绘制字母“Z”的轮廓,结果这6名受试者都“看到”了字母“Z”的存在。结果表明,盲人的确可以通过使用将视觉信息直接输入大脑的技术,来重新获得识别视觉信息的能力。

  不过,这个技术目前还不完美,因为人类大脑视觉皮层中包含了数十亿个神经元,而在这次研究中,研究人员仅刺激了其中的一小部分,仅仅实现了字母信息的传递,实用性并不够。

  对此,本文的第一作者MichaelS.Beauchamp表示,此次研究仅仅证明了通过视皮层视觉假体的确可以让盲人重新获得“视力”,下一步,研究团队将和神经工程师合作,开发具有数千个电极的电极整列,改进刺激算法,从而能够精准地刺激大脑视觉皮层的每一个神经,帮助盲人“看到”更复杂的信息,实现他们看清世界的梦想。

  说到这,不禁让人细思极恐,都说耳听为虚,其实眼见也不一定为实。我们通过肉眼观察让大脑感受到的这个物理世界,会不会也是被虚拟出来的呢?

  原文标题:前沿《细胞》:绕过眼睛植入幻觉,科学家成功在盲人脑海中呈现指定图像!

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  系列固定输出低静态电流低压差(LDO)线性稳压器专为需要低静态的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 NCP502系列具有40μA的超低静态电流。每个器件都包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管,用于设置输出电压的电阻,电流限制和温度限制保护电路。 NCP502设计用于低成本陶瓷电容器。 LDO线表面贴装封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 典型值为40μA的低静态电流 优良线路和负载调节 低输出电压选项 输出电压精度为2.0% 工业温度范围-40°C至85°C 应用 手机 电池供电消费品 手持式仪器 可携式摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...

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  7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...

  00低压降(LDO)线性稳压器专为需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用而设计。 MC78LC00系列具有1.1μA的超低静态电流。每个LDO线性稳压器包含一个电压基准单元,一个误差放大器,一个PMOS功率晶体管和用于设置输出电压的电阻。 MC78LC00低压降(LDO)线性稳压器设计用于低成本陶瓷电容器,要求最小输出电容为0.1μF。 LDO采用微型薄型SOT23-5表面贴装封装和SOT-89,3引脚封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.7,2.8,3.0,3.3,4.0和5.0 V.其他电压可以100 mV步进。 特性 低静态电流1.1μA典型 出色的线路和负载调节 最大工作电压12 V 低输出电压选项 高精度输出电压2.5% 工业温度范围-40°C至85°C 两个表面贴装封装(SOT-89,3针或SOT-23,5针) 无铅封装可用 应用 电池供电仪器 手持式仪器 Camcorde rs和相机 电路图、引脚图和封装图...

  3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...

  XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...

  NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图


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