撰文：林顺潮医生
引言
我们之所以能看见东西，是因为眼睛将光信息聚焦在视网膜上，视网膜将光学信息转变成神经电讯号，透过视神经传送到大脑视觉区域，使我们看清东西(图1)。对双目失明的患者来说，生活就是无边的黑暗，给他们带来巨大的身心挫折，视力健康的人很难体验到其中一二。就正如小斌斌，由于遭遇不幸，失去双眼，小小年纪就陷入黑暗之中，十分之可惜。那么将来小斌斌是否只能接受失明的现实呢?人生总是存在希望，如今现代先进的科学研究给失明人士带来了驱散黑暗的曙光，医生和科学家们都正不遗余力地研究如何能让全失明人士能重新获得光明。
有学者尝试通过生物科学技术，使得感受光线的光感受细胞重新生长，或是通过基因工程重建其功能。而另一方面，医生和科学家们另闢蹊径，致力于研究人工视觉系统(Artificial Vision)，希望可以藉助先进的科技，儘量去帮助这些身处黑暗的失明人士。人工视觉系统依靠先进的电子电脑影像技术对抗失明，他们并不寻求修复眼睛的生物功能，而是通过使用特别设计的电子视觉假体或者是电子导盲仪来帮助失明人士重新获得「看见」世界的机会。
要注意的是，由于婴儿出生后需要一段时间进行视觉发育，以建立大脑的视觉功能，若是刚一出生便因先天眼疾而致不可逆的失明，则多无法透过使用人工视觉系统重见光明，但若发育至3-6岁，大脑的视觉功能已建立完全，此时若遭遇不幸失明，即使失去视网膜和视神经，仍有机会透过这些先进的科技设备刺激大脑的视觉区域，获得重见光明的机会。而本期文章内容将深入瞭解人工视觉系统的发展过程及最新进展。
图1：视觉传递路径：视网膜将感受到的光信号转换为电信号，通过视神经传送到大脑皮层的视觉区域，从而产生视觉。
人工视觉系统的发展
人工视觉系统的研究最早始于上世纪50年代，1956年，美国科学家Tassiker发现在视网膜下植入光敏硒电池，可产生光感。 60～70年代，科学家通过一系列实验观察到视觉系统能被外界电刺激激活。到80～90年代，科学家开始进行人工视觉刺激器的研究。目前，人工视觉刺激器主要包括视网膜刺激器、大脑视皮层刺激器和视神经刺激器。视皮层刺激器是应用电极直接刺激枕叶皮层，可有光感的产生，但无法形成图像。视神经刺激器则是利用外置相机收集图像，将其转变为数字信号，经芯片的处理，传递到视神经周围的微电极，刺激视神经产生信号。而视网膜刺激器是在视网膜下或视网膜表面植入不同微电极，微电极序列能把视觉信息转换成电子脉衝以刺激相邻的神经节细胞，神经节细胞通过视神经把信息传人大脑，使患者能感知到图像。如今已有实验表明，视网膜前或膜下芯片植入方法可以达到一定视力效果，然而，距离正式在临床中使用尚需完善，对视网膜局部刺激是否可产生对整个图像的感知，植入患者眼内是否能产生有用视力，对周边视力是否有影响，电子芯片的改造及刺激参数的大小等问题还在不断探索中。
高端人工视觉系统：电子视觉假体
最新的人工视觉系统研究--电子视觉假体(图2)，适用于那些丧失视网膜光信号传输能力的人。电子视觉假体，即电子眼，是先以安装于眼镜上的微型相机取得影像，然后再将该影像经由体外装置转换成电流讯号后，以无线方式传送到植入头部的电极及晶片，刺激大脑视觉区域，令我们看见东西。它由安装在眼镜上的一个超小型电视摄像机和一个超声远距传感器组成，传感器通过电线和一台便携式微型电脑相连接，微型电脑使用先进的计算机成像技术，对图像和信号进行处理，然后电脑再启动另一台微型电脑，由后者把电子脉衝信号发射至一排内置于大脑视觉皮层表面的电极上。接受电子信号刺激后，每个电极会产生一至四个相隔紧密的光幻视， 如此，失明人士便可重获光明。现时这一研究正在初步临床实验阶段，有成功接受手术的失明人士，在失明数十年之后，重获了部分的视力，虽然视力质素有限，但他可以不用任何辅助器械穿过房间，找到门和在停车场附近开车一段时间，躲开垃圾箱和他遇到的各种障碍物。儘管这一方法需要进行手术在脑内放置这些装置，存在感染及其他的风险，但确是医学和科学领域的一项重大突破，目前医生和科学家正在积极研究，预计5-10年内会有更显着的成果。
图2：电子视觉假体(电子眼)通过直接刺激大脑的视觉区域，令失明人士有「重见光明」的机会。
低端人工视觉系统：电子导盲仪
除电子视觉假体外，电子导盲仪亦可以帮助失明人士重获对影像的感知。现时市面有两种电子导盲仪：舌头导盲仪和前额导盲仪。电子导盲仪的使用无需施行手术在眼内或者大脑内植入电子装置，同时亦能给予失明人士对影像的感知。
舌头导盲仪(图3)则通过一个安装在眼镜上微型摄像机，把图像传递到一个手动控制器上，控制器把图像转变电子脉衝，变成低像素的黑白灰画面，此时“再造画面”通过电极感应器的电脉衝刺激舌头，再根据影像黑白两色而决定脉衝的强度，白色会有强烈的脉衝，黑色则没有脉衝讯号，并由感应器上的电极传到脑部，构成一幅低像素黑白两色二维图像。脉衝讯号的强弱通过神经传递至大脑，大脑的“视觉区域”会帮助还塬画面中影像的轮廓，这样失明人士就可以通过舌头感觉到不同的电脉衝刺激，令失明人士重新“看”到一些东西。
图4：舌头导盲仪的工作原理：
1. 微型摄像机安装在太阳镜上，把图像传递到一个手动控制器上
2. 数据处理器把光学讯号转化为电子讯号，再转化成电脉衝讯号
3. 「再造画面」通过电极感应器的电脉衝来刺激舌头
4. 盲人感觉到不同的电脉衝刺激，传递给大脑
5. 大脑重组画面，使盲人「看」到东西
前额导盲仪(图4)利用小型摄像头拍摄前方信息，拍摄到的影像被自动送到微型电脑裡，微型电脑先将送来的影像的轮廓线条数据化，然后把数据化的轮廓线条转换为电子脉衝信号，被转换成电子信号的轮廓线条，将从使用者前额部位装载的数百个电极处输出。使用者通过前额的触觉去感知这些输出电气信号进而感知物体的轮廓线条，同使用手指触摸点字阅读一样，使用者可以通过前额感知电子信号所传达的物体的位置、动作、形状来想像前面的空间裡的具体情况。
图4：前额导盲仪(1)的工作塬理与舌头导盲仪类似，影像会被数据处理器(3)转换为电脉衝通过电极感应器(2)来刺激前额，令失明人士感受到「看」到东西。
尽管这些装置目前还处于早期阶段，所形成的影像还相当粗糙，然而通过这些装置，双目失明的人士能够“看到”各种物体的线条及轮廓形状，脑海里能够呈现出在什么地方放有哪些东西，起码能够比较放心的向前走，因此这些装置使他们可以有机会重新认识世界，以及令生活方式出现重大转变。
结语
近年人工视觉系统的研究获得不少值得肯定的突破性进展，由此可见，人工视觉系统的实现并不会是遥不可及的将来。现有的电子视觉假体以及电子导盲仪都可以给失明人士提供重获影像感知的机会，而随着医学和科学的不断发展，相信在可预见的未来，人工视觉系统有机会给小斌斌和其他失明人士带来一个更鲜活而明亮的世界。
深圳希玛林顺潮眼科医院国际著名眼科教授林顺潮医生介绍
林顺潮是国际著名眼科教授，先后取得内外全科医学士学位、香港中文医学博士学位、英国皇家眼院士及国际眼科院士。他创办了香港林顺潮眼科中心、香港希玛激光矫视暨眼科手术中心及深圳希玛林顺潮眼科医院。他亦是现任特聘教授及眼科国家重点实验室主任、眼科医院名誉院长。曾任香港中文眼科及视觉科学系主任13年(1998-2011) 的他，成功把中大眼科打造成全球著名的眼科中心之一。
林教授被视为亚太眼科界主要领军人之一。他为现任亚太眼科候任会长、亚太玻璃体视网膜学会秘书长、世界青光眼协会理事。曾任国际眼科医学委员会理事、世界眼科学术会议主席及亚太眼基因协会创会主席等。他发表了逾700篇SCI文章，是《香港眼科医学杂志》及《亚太眼科医学杂志》的创办人和总编辑，曾任或现任多份国际SCI学术刊物编辑委员会成员。
他多年来全情投入内地扶贫除盲工作，致力协助解决国内白内障盲的问题。他是"健康快车" 的创会委员，曾任医疗总监主理医疗工作达8年。他于2004年创立"亮睛工程"，一个可持续发展的中国扶贫除盲大行动，计划于2020年前在中国成立100个扶贫眼科中心（"亮睛点"），提供低收费但优质的复明手术。至今，亮睛工程成一共在8个省份成立了25个"亮睛点"，为当地人民提供了超过90,000例白内障手术。
林教授曾获多个奖项，包括亚太眼科最高学术成就奖、亚太最佳眼科临床教授奖、世界及香港十大杰出青年、香港人道年奖、健康快车复明大使及香港威尔斯亲王医院最有礼貌医生奖等。此外，他自2008年开始担任全国人大代表。