脑机接口视觉修复新突破：首次实现复杂图形与多颜色感知重建

如何创造出更逼真、更高质量的视觉图像，始终是科研人员面临的核心技术难题。

近期，国内脑机接口领域的新兴企业明视脑机宣布，其已在全球范围内率先完成了对“复杂图形结合多种颜色”的视觉重建功能化交互验证。

据《科创板日报》记者获悉，与运动及语言功能的重建类似，视觉的修复与重建是脑机接口在医疗应用中另一个至关重要的方向。其发展历程可追溯至20世纪90年代，但至今仍存在一个亟待跨越的技术障碍，即如何通过电刺激大脑视觉皮层，实现从简单光点到复杂图形乃至色彩感知的视觉升级。

“明视脑机此次研究的重大意义在于，成功实现了对图形轮廓和基础颜色的动态解析与重建，这标志着中国在该领域已跻身世界领先行列，并提出了一种具有高度潜力的技术方案，但其最终成效仍需通过未来公开、严谨的科学数据及更大规模的临床试验来验证。”明视脑机创始人兼CEO刘冰博士向《科创板日报》记者表示。

从视网膜假体到视觉皮层假体

当光线进入人眼时，会首先穿透角膜和晶状体，即眼球的外层和中层结构，随后抵达眼底的视网膜。视网膜上的感光细胞将光信号转换为生物电脉冲，通过视神经传输至大脑视觉中枢，经过复杂的神经处理，最终形成我们所感知的清晰视觉影像。

这便是人类视觉的生成机制。该过程中任一环节出现故障，均可能导致视觉损伤甚至失明。例如，白内障会使晶状体变浑浊，阻碍光线正常通过；视网膜疾病如老年黄斑变性、糖尿病视网膜病变等，会导致感光细胞受损或死亡，使其无法有效接收光信号；而青光眼、外伤或肿瘤压迫等情况，则可能损害视神经或大脑视觉中枢，造成信号传输中断。

为助盲人“重见光明”，科学家研发了能够提供“人工视觉”的视觉假体。根据植入位置的不同，视觉假体主要分为两类：一类是专注于眼内修复的视网膜假体，另一类是尝试绕过眼睛、直接作用于大脑视觉皮层的视皮层假体。

其中，视网膜假体在当前应用较为广泛，其核心原理是通过人工装置替代或修复视网膜中已失效的感光细胞，从而帮助患者恢复部分视觉感知。全球范围内，该领域曾涌现多个标志性产品与企业。例如，美国Second Sight公司开发的Argus Ⅱ视网膜上假体于2013年获美国FDA批准，成为首个FDA认可的视网膜假体。同年，德国Retina Implant AG公司开发的Alpha-IMS视网膜下假体也获得欧洲EMA授权，准许上市。

然而，受多种因素制约，这些产品上市后的商业化进程并不顺畅，并逐渐退出市场。一方面，高昂的研发、生产、手术植入及术后维护成本，极大限制了产品的普及；另一方面，早期视网膜假体技术仍处起步阶段，提供的视觉分辨率有限，与自然视力差距显著，难以切实满足患者需求。

近日，在沪举办的“2025脑机接口大会”上，广东和祐国际医院脑科学与神经医学中心主任余新光系统总结了人工视网膜假体技术的不足与局限。

他指出，在视网膜假体、视神经假体及视皮层假体等几类视觉修复方案中，视网膜假体适用患者群体最为狭窄，主要针对因视网膜退化致盲的患者，在全部盲人中占比仅约10%。相对而言，视皮层假体几乎适用于所有全盲患者，适用范围最广。

“同时，这些视网膜假体的视野范围通常较窄，例如Argus II的视野小于30度。使用者不得不频繁转动头部以扫描周围环境，弥补视野局限。但这不仅影响视觉感知和日常活动效率，长期还易引发不适。”余新光表示。

在此背景下，业界逐渐将研究重心从视网膜假体转向视皮层假体。早在2019年5月，Second Sight公司便宣布停产Argus II，并将研发资源全面转向视皮层假体Orion系统的开发。

人造视觉的进展与挑战

视皮层假体是当前视觉修复领域的前沿方向。其核心原理在于，许多失明者的视觉障碍主要源于眼睛或视神经损伤，但他们大脑中处理视觉的区域常保持完好。视皮层假体能够绕过受损的眼睛和视神经，将视觉信息直接传递至大脑，从而助盲人恢复部分视觉功能。

马斯克创立的Neuralink公司已重点布局此方向。其名为“盲视”（Blindsight）的视觉恢复项目，不仅获美国FDA突破性设备认定，且计划于2026年左右进入临床试验。

需指出的是，尽管原理明确，但视皮层假体的研发仍面临一系列重大技术挑战。其中，如何生成更优质的画面可谓核心难题。

正如伊利诺伊理工学院生物医学工程教授菲利普·特洛伊克（Philip Troyk）所强调：“当前（视皮层假体研发）工作并非以恢复生物视觉为目标，而是探索人造视觉的可能性。” 换言之，现有技术能为使用者提供的人造视觉仍相当有限。

刘冰告知《科创板日报》记者，传统视觉修复技术，无论是视网膜假体还是早期皮层刺激视觉假体，其效果多局限于让使用者感知孤立的“光点”，即科学上所称的光幻视。这好比仅能点亮屏幕上的零星像素，却无法构成有意义图像。

目前，科学家正寻求破解之道，研究方向包括增加电极密度以提升空间分辨率、优化电极植入位置及创新刺激策略等。例如有观点认为，植入电极数量并非越多越好，关键在其位置——若分布于视觉皮层多处，或能在更广视野中激发更多光点。

此外，刺激模式创新亦至关重要。余新光举例称，“已有研究表明，若按书写笔顺的特定顺序依次刺激电极，反能让人脑更易识别字母形状。”

此次，明视脑机成功完成“复杂图形+多种颜色”的视觉重建功能化交互验证。据《科创板日报》记者了解，其核心在于采用了“脑机双学习”的闭环自适应路径，而非传统开环、固定的刺激路径。

传统路径类似“单向灌输”，先预设刺激模式，让大脑适应机器。但大脑本身动态变化，固定算法常致效果快速衰退。

“相比之下，我们的路径是‘双向对话’。”刘冰向《科创板日报》记者解释，“系统不仅能通过高密度电极阵列对视觉皮层进行精确刺激编码，更能实时读取大脑神经反馈，动态优化刺激策略和解码模型，从而实现与使用者大脑的共同适应、共同学习，这从根本上解决了长期稳定性的行业难题。”

针对颜色感知实现原理，他进一步说明：“我们通过特定电刺激序列，模拟不同波长光在视觉皮层特定功能区引发的神经活动模式。当大脑接收此类‘模拟’信号时，便会解读出相应颜色。”

“目前我们已稳定实现红、绿、蓝等基础色觉的区分与感知，证明颜色信息可通过皮层电刺激进行编码传递的原理可行性，迈出了从黑白世界到彩色世界的第一步。当然，要还原自然界所有色彩及细腻色调，仍有长路要走，但这扇大门已开启。”刘冰谈到。

他将当前进展喻为“造出首台能显示图形和颜色的‘显示器原型’”，并表示接下来明视脑机团队将通过增加电极密度、优化编码算法、融合计算机视觉等关键技术，大幅提升“显示分辨率”。