IRIS其實(shí)只是貼附于視網(wǎng)膜外部的植入物部份，主要由軟性電路上的微小電極組成，紅外線(xiàn)光電探測器單元與小型ASIC負責為光電探測器接收的IR信號進(jìn)行多任務(wù)并映像至相關(guān)的電極。接著(zhù)，這些電信號刺激神經(jīng)節細胞后，其終端直接形成視神經(jīng)纖維，傳送感知信號至大腦。
在配戴的部份是一個(gè)像護目鏡的形狀，配備基于事件的專(zhuān)用相機，處理配戴者面前的視覺(jué)信息，并透過(guò)眼鏡發(fā)送編碼信息至IRIS。內建的ASIC則透過(guò)2個(gè)感應線(xiàn)圈(其一位于護目鏡的外殼)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。
IRIS植入組件：電極位于軟性電極箔片頂端，并由封裝的ASIC進(jìn)行控制
IRIS 植入物是專(zhuān)為視網(wǎng)膜色素病變(RP)患者所開(kāi)發(fā)的，這種遺傳疾病影響約1/4000的人口，導致他們在40歲以前失明。進(jìn)行這一植入手術(shù)的過(guò)程約需要 2.5-3個(gè)小時(shí)，而在手術(shù)后約需要幾周的時(shí)間恢復，接著(zhù)就可以開(kāi)始看到圖案，可以訓練大腦理解新的視力，看到大量簡(jiǎn)化的黑白風(fēng)景。訓練過(guò)程包括辨識形狀、定位屏幕上的光塊，有時(shí)則需要使用完整的軟件重新映像信號至電極，以因應視網(wǎng)膜較低度感應的區域。
“為什么只用了150個(gè)電極？”，我坦率地問(wèn)Pixium Vision執行長(cháng)Khalid Ishaque。Pixium Vision公司總部與研發(fā)中心就位于巴黎視覺(jué)研究所與Hopital Quinze-Vingts醫院旁。
“電極并不至于成為限制因素，但要將所有的信號從ASIC傳送至如此狹窄的軟性箔片上的電極是極其復雜的。不過(guò)，我們無(wú)法將這一箔片做得更大，因為這會(huì )使得手術(shù)更困難，患者眼睛中的縫隙越大，在縫合鞏膜開(kāi)口時(shí)的風(fēng)險就更高，”事實(shí)上，ASIC和驅動(dòng)線(xiàn)圈就位于眼球外面。
“我們已經(jīng)透過(guò)ASIC設計來(lái)管理一千多個(gè)電極了，但要在軟性箔片上進(jìn)一步縮小線(xiàn)路仍是一大挑戰”，他坦言道，“但我們可以在未來(lái)兩、三年內加快腳步，讓IRIS內含超過(guò)一千個(gè)電極。”
該公司預計在未來(lái)幾個(gè)月，將可取得歐洲的CE標準以實(shí)現商業(yè)化上市。
如今，該公司透過(guò)從頭載式ATIS傳感器擷取相同的視覺(jué)輸入，同時(shí)開(kāi)發(fā)出PRIMA視網(wǎng)膜植入物——這種微型的無(wú)線(xiàn)光電電池模塊化數組可被植入于視網(wǎng)膜下方，而其電極則位于靠近眼睛的雙極細胞。手術(shù)植入PRIMA的時(shí)間可能不到一個(gè)小時(shí)，風(fēng)險也更低了，因為該植入物將內建于眼睛中，而且不需使用其他控制電路、電線(xiàn)或電纜。
PRIMA視網(wǎng)膜植入物的光電電池
PRIMA無(wú)需使用多任務(wù)ASIC，Ishaque解釋?zhuān)@種光電電池接收來(lái)自頭戴式眼鏡的近紅外線(xiàn)(NIR)光束作為輸入，直接從其表面電極發(fā)送電信號至視網(wǎng)膜的雙極細胞。
“針對老年性黃斑部病變(AMD)，這些細胞仍能發(fā)揮功能，”因此，Ishaque指出，“經(jīng)由刺激這些細胞，讓這種自然的信號大多數都能保持與視神經(jīng)的連結，應該就能讓大腦更易于找到何者對應于視覺(jué)刺激，而且也不必進(jìn)行太多的預處理或編碼，同時(shí)也可以說(shuō)是實(shí)現了更快的學(xué)習。”
AMD是一種相當普遍的病狀，在歐洲和美國約有超過(guò)400萬(wàn)個(gè)病例，但病人通常年紀也較老，普遍都超過(guò)70歲。這就是為什么PRIMA能以低風(fēng)險手術(shù)治療，更有利地取代IRIS。PRIMA被設計成六邊形的光電電池組(2或3個(gè)電池串聯(lián)一個(gè)中心電極)。該公司并設計出不同尺寸的產(chǎn)品，從140μm到70μm都有。
“一個(gè)雙極細胞的平均直徑約10μm。相較于目前采用更大電極數組刺激神經(jīng)節細胞的方式，縮減PRIMA的尺寸以及更高的畫(huà)密度結合局部退化，可望實(shí)現更好的刺激效果，讓每一畫(huà)素刺激更少的細胞。信號的編碼將會(huì )不同，預計也會(huì )利用更多的生理處理和網(wǎng)絡(luò )調節?？床灰?jiàn)的NIR光線(xiàn)將直接從傳感器中‘取出’視覺(jué)資料，傳送到覆蓋這些模塊化光電電池的視網(wǎng)膜中心，而大腦將會(huì )解讀這些新的人工信號，”Ishaque說(shuō)。
視覺(jué)重建的兩種產(chǎn)品線(xiàn)：IRIS和PRIMA植入物
PRIMA技術(shù)最初是由史丹佛大學(xué)(Stanford University)醫學(xué)院教授Daniel Palanker及其研究團隊共同開(kāi)發(fā)的，如今他們正致力于開(kāi)發(fā)40μm的叢集。
如 果經(jīng)驗證成功，PRIMA就能進(jìn)軍至一個(gè)更大的老年性黃斑部病變(AMD)市場(chǎng)，同時(shí)有望能夠透過(guò)每一晶圓實(shí)現數千個(gè)植入物而提供一個(gè)更具吸引力的價(jià)格。 Pixium Vision至今已發(fā)表一連串臨床前安全性研究了，希望能在今年年底前展開(kāi)首次人體可行性的研究，緊接著(zhù)在2017年開(kāi)始更大規模的重點(diǎn)試驗。
“由于具有使用幾千個(gè)電極的可能性，我們正致力于研究更高分辨率的視覺(jué)靈敏度與臉部辨識度，”Ishaque評論道：“有鑒于A(yíng)MD患者喪失其中心視力，我們的目標是為他們帶來(lái)人工的中心視力”。
Pixium Vision的發(fā)展藍圖——實(shí)現更高的視覺(jué)靈敏度
最終，PRIMA甚至可以完全取代IRIS。談?wù)摰搅Ⅲw視覺(jué)，Ishaque認為這是一個(gè)自然發(fā)展的過(guò)程，“一旦技術(shù)穩定了，我們將為頭戴式眼鏡配備兩個(gè)傳感器，讓雙眼可同時(shí)進(jìn)行處理。”然而，這家新創(chuàng )公司并不想就此止步。
幾種產(chǎn)品的視覺(jué)清晰度對比
“還有青光眼患者的視神經(jīng)抑制視網(wǎng)膜信號傳送到大腦呢？神經(jīng)病變或創(chuàng )傷性腦損傷呢？眼睛完全喪失的情況又該怎么辦呢？”Ishaque問(wèn)道。
“在我們的全球科學(xué)和醫療網(wǎng)絡(luò )，不但有眼科醫師也有神經(jīng)外科醫師與我們的眼睛和大腦連接——從光子到神經(jīng)元。下一步將以視覺(jué)信號直接刺激大腦中的視覺(jué)皮層表面。例如歐盟(EU)研究機構和美國國防部先進(jìn)研究計劃署(DARPA)都對這項研究十分感興趣，”Ishaque說(shuō)。
“有硬件和軟件并不夠，還必須了解人腦以及視覺(jué)皮層如何接收和處理信號。目前我們正與法國視覺(jué)研究所、CEA和史丹佛大學(xué)等合作伙伴持續進(jìn)行究，為視網(wǎng)膜到視覺(jué)皮層的視覺(jué)通路進(jìn)行測定，確定哪種視覺(jué)信號可刺激視覺(jué)皮層相關(guān)區域。最終，我們將從視覺(jué)傳感器傳送預處理的數據，以安全且有選擇性的方式，直接傳送到視覺(jué)皮層。”
傳統相機的數據密集型訊框擷取(左)，以及由ATIS傳感器執行視覺(jué)動(dòng)態(tài)的連續時(shí)間擷取(右)
