在人眼视网膜内移植光敏集成电路块，可望恢复某些盲人的退化视力。

不施行外科手术也能恢复哈罗德 · 丘奇的视力。丘奇患了色素性视网膜炎，一种逐渐破坏光感受器（感光的视网膜细胞）的遗传病。然而，去年已满64岁的丘奇同意在北卡罗来纳州德勒姆市杜克大学眼科中心作手术，无论如何要为医学技术作出贡献。

当丘奇静卧在手术台上时，尤金 · 德贾安（Eugene de Juan）博士把一根细探针插入丘奇的眼中，德贾安敏捷地使探针通过1毫米的套管（由隧道进入眼内的金属管）、探针有两根细金屑丝（大约和人发一样粗）和光导纤维灯。德贾安一面用显微镜对准丘奇的眼睛瞳孔观察，一面小心地把探针对着位于眼睛后部的视网膜。

随着探针进入适当位置，试验便开始了。如果用电子模拟丘奇的视网膜，那他能“看见”东西吗？神经原（神经系统的信号传递细胞）可通过全身电流传递信息，实际上，这种细胞可以被激发，并可用外部电信号加以接通。德贾安的计划是把微“震动疗法”应用于这种细胞。

杜克大学眼科学住院医生马克 · 哈梅扬（Mark Humayun）博士和查佩尔希尔市北卡罗来纳大学生物医学工程教授罗伊 · 普罗普斯特（Roy Propst）博士操纵一架计算机驱动的仪器对丘奇的视网膜施行了刺激。第一次刺激时，丘奇什么也看不见。于是哈梅扬和普罗普斯特反复用微小增额加大电流。最后，丘奇的确看见东西了，他说这东西是一颗“小豌豆”，他打手势说他眼内的这颗豌豆大约有12吋大。虽然没有外部光源，但电刺激哄骗了丘奇的视觉系统，因而产生了视觉。

一周以后，该小组为33岁的阿伦 · 迪利斯重复了这个程序。刺激开始后迪利斯极慢地大声说：“简直妙极了！”他也体验到了这种光感。

看来丘奇和迪利斯的试验简直就像是科幻小说。他们已捷足先登专门为盲人眼睛设置的微电子装置计划，因而产生了视觉。这样产生的视觉度仍是靠不住的。这种基本装置只能提供明暗感，但在理论上这种装置可以帮助因缺少功能光感受器而失明的20，000左右美国人产生优质图像。分离的视网膜（类似于色素性视网膜炎）也可能使光感受器遭受破坏。

虽然使盲人男演员拉弗 · 伯顿能观看“明星的苦难旅程：下一代”的典型护目镜和移植技术还是远景，但目前在巴尔的摩市约翰斯 · 霍普金斯医院威尔默眼科研究所工作的德贾安说，人体试验是“非常振奋人心的发展，因为患者没有光感受器，我们可以刺激病灶，限制光感。

该计划大概始于5年前，当时有两位科学家（一位远非生物学专家，另一位仅限于小型电子设备）在一次邻居举行的聚会上相遇于后走廊。不久，德贾安发觉自己陷入了与主人北卡罗来纳州雷塞奇 · 特伦格尔公园半导体研究公司的霍华德 · 菲利普斯（Howard Phillips）博士的热烈交谈之中。

菲利普斯询问了人工视觉系统的情况，并问光感受器是否可以用于这个系统。德贾安认为这种想法很有迷惑力。不久，他们提出了试用外科手术移植人工视网膜的方法为盲人提供视力的可能性计划。

人的光感受器位于视网膜后部。人们首先通过大部分视网膜看见东西，接着由细胞网（这些细胞的最后是神经节细胞，即视网膜的一种神经原）把信息传递到视网膜前面。正好在视网膜前下方大约有100万个神经节细胞；这些细胞通过视神经把视觉信号传递给大脑。研究人员推测避开视网膜内的光感受器用电刺激神经节细胞是可能的。这就是研究小组在丘奇和迪利斯试验中所采用的方法。

可是，研究人员首先必须解决几个问题才能在病人身上试验其计划，无人知道集成电路块的光敏电池能否按设计要求把信息传递给神经节细胞。人们怎样使这种信息传递发生？哈梅扬和普罗普斯特首先打算用动物视觉试验找出答案。

随着工具的掌握，哈梅扬和普罗普斯特开始了试验。他们不知道电震动能否“打开”视网膜，正像有视力的动物偶然看到开电灯的那样。为了找出答案，他们给有视力的兔子装上接触透镜电极（基本上能把电刺激传入眼睛的透镜）。但是，即使兔子“看见”东西，兔子也不可能这样说。因此，研究人员也记录了兔视皮质（在视觉中起主要作用的脑组成部分）的电活动性。当哈梅扬和普罗普斯特在缺少光感受器（和人患色素性视网膜炎相似）的兔子上作这种试验时，他们发现了同样的反应。

可是人工视网膜计划的最终目的是在人眼里放入一种装置，刺激视网膜前面的特定点。这就是说动物试验必需在眼内进行。于是哈梅扬和普罗普斯特调整了他们的方法，经过几年的工作之后，他们证实了在视网膜前面施行极微的电震动可以把信息传递给神经节细胞。

虽然哈梅扬和普罗普斯特论证了该计划的生物学可行性，但罗利市北卡罗来纳大学的工程师们拿到这个计划后就抨击了光敏集成电路块的微电子设备。他们的首要问题是应给这种装置提供多大的分辨能力？如果零像素（图像要素）等于黑色，那么这种集成电路块需要多少像素才能提供一个图像？

菲利普斯争辩说，光天体的绝对黑暗带是从一个像素开始的。他解释说：“如果你得到分辨能力为零的像素，那你就是一个彻底的盲人。人工视网膜的可用性不可能迅速增加。如果我只有一个像素，而且不论它是明还是暗，那我就会得到比盲人多得多的信息。于是我就有了某一定向信息。”菲利普斯环顾了一下房间，想象着他只有一个像素的价值，当菲利普斯转到某一方向时，他说道：“那必定是窗子。”当菲利普斯面对暗壁时，他继续说道：“那不一定是窗子。如果你有4个像素，此刻它才会变得真正有趣呢。”当它获得成功时，4个像素足以觉察明暗，甚至还可觉察运动和方向。但更复杂的问题就需要更多的像素。识字大约需要64个像素，阅读大约需要256个像素。为了形成低级图像（基本模糊视力），人们大约需要1，024个像素。但人们看东西不需要100万个像素，即使视网膜有很多神经节细胞也是如此。

幸亏研究小组没有从零制造光敏集成电路块。北卡罗来纳的研究人员拉尔夫 · 卡文（Ralph Cavin）与他的老朋友，帕萨迪纳市加州理工学院的卡弗 · 米德（Carver Mead）博士取得了联系，米德在一段时间内一直在制造这种特殊集成电路块。然而，卡文说：“它好像就是一座等待我们去攀登的秀丽高山。”

1989年后期，北卡罗来纳州的一个小组接待了大学毕业生扬姆 · 格雷（Tom Gray）。为了一项课外自修项目 · 他模仿米德的成果设计了一个14×14像素的阵列 · 格雷在2.2 mm²面积内装了196个像素。格雷解释说：“我想从基本上看看集成电路块是否对光敏感。因此，我把集成电路块遮盖一半，把光射在上面，看看遮盖部分是否暗淡，明亮部分是否明亮。结果奏效了。”

卡文说：“光敏集成电路块及其相关加工电路图可以制成标准普通硅处理器…我听说，神经节细胞在眼内被分隔在几十微米级上。这对我们来说并不困难。它是一块大材料。”

格雷又说：“为了后退一步，目前我们应当采用这种方法，以便从非常简单的事情开始，例如4个传感器阵列…我们想做的事就是感光。而且，如果光高于临界值，那就可以把刺激脉冲发射到视网膜表面的刺激器上。”

然而，要把传感器移植到活细胞上并非易事。刺激器必须把光敏集成电路块的信息传递给视网膜的神经细胞。

哈梅扬解释说：“人们不应让任何东西机械地刺穿视网膜。视网膜在稠度上很像萨冉树指覆盖物（Saran Wrap）或稀料。刺激器必须接触视网膜，以便传输电流，但接触必须是轻度的。”

雷塞奇 · 特伦格尔公园雷塞奇 · 特伦格尔半导体研究所的小组成员已开始设计、制造刺激器。每个刺激器都可向光敏集成电路块各像素的神经节细胞提供电信号。因此就4像素集成电路块而言，刺激器就应有4个电信号。最初的刺激器是用硅制造的，它和大多数电子集成电路块一样，包含光敏集成电路块。但这种硅刺激器具有可能划破视网膜组织的锋棱。因此研究人员把硅改成能漂浮在视网膜表面的柔性聚合物。

今年4月对一位完全失去光感的患者进行最新试验时，把一对电极同时插入眼内，以便观察在不能区别分散光点的患者面前怎样使可以汇集的光点靠拢。和其兄弟哈罗德一样，患遗传性盲症的卡罗尔 · 丘奇能看到2个光点，直到这对圆点相距不到1毫米为止，这表明该法实际上完全可以提高分辨能力因为把较准确的像素包装在一起可以刺激更多的光点。

研究人员似乎相信他们能够完成下一个步骤：使光敏集成电路块与聚酰胺刺激器结合，再用外科手术把这种装置植入人眼，也许可为缺少正常光感受器的人提供基本视力。然而，要取得这种成果尚需若干年时间，而且要花很多钱。尚待解决的唯一问题是怎样把光电池阵列装入眼内。这一技术涉及使用毫微米工艺制造能通过一根管子插入并像伞一样展开的折迭阵列（“分子的奇迹”，本刊1993年5月）。能量的需要也必须解决。尽管光电池能把光转化成能，但它未必能为电眼提供充足的动力。

虽然存在这些遗留障碍，但卡文说：“看来这是该计划的必然性。尽管我们尚不确切地知道它会怎样发展，但我们能作出贡献的想法将会鼓励我们去探索。”看来他们已踏上前进的道路。

[Popular Science，1993年8月］