“科幻電影中，人類的器官受傷後都可以換人工器官代替……那你是否想過，現在已經有一些人工器官實現了，比如：人造心臟、人工肺、人工關節……，為什麼沒有人造眼呢？

為什麼“人工眼”這麼難實現？

我們能看見東西，是因為：1、物體通過屈光系統成像；2、視網膜感光；3、視覺信號通過視路傳輸到大腦；4、大腦的視覺中樞“解讀”視覺信號……這4個過程缺一不可。

1. 角膜、瞳孔、晶狀體、玻璃體屬於眼的屈光系統，這些組織負責成像，成像就是把大千世界放到視網膜上，它們就像照相機的鏡頭。
2. 視網膜接收到圖像的刺激後，生成可由中樞系統識別的電信號。
3. 這些電信號通過視神經傳遞到大腦。
4. 大腦的視覺中樞把這些視覺信號“翻譯為”圖像，到這才算我們稱之為的視覺。

在這個過程中，最容易治療的其實是“1”：角膜、瞳孔、晶狀體、玻璃體都可以“人造”或“移植”來取代。但後面的“2、3、4”卻無法用“人造”或移植的方法治療。因為視網膜、視神經、視覺中樞，本質上都是大腦的延伸，可以看做是大腦的一部分。而神經系統是無法人造或移植的。

我們可以有人工心臟、人工肺、人工關節、人工肝臟，但估計沒人想象有“人工腦”的（大腦都是人工的話，你還是你嗎？），所以也很難實現“人工眼”。

因此，一旦視網膜以後的視覺通路病變造成的視力損害都是不可逆，而且很難醫治的。

然而，再難也阻擋不了人類的探索……

以下內容都有文獻支持，是最近的科技前沿研究，絕非虛構！

仿生眼

英國研究者Da Cruz等（2018）設計了一種仿生眼技術——Argus II系統，已經開始在人眼應用。這個系統包括一個微電腦、一個附加在眼鏡上的攝像機和植入患者視網膜的電極，可以幫助患晚期視網膜色素變性的盲人恢復一些視力。醫生先做手術將電極放在患者的視網膜上。之後，患者戴上一副帶攝像機的眼鏡和一個便攜式視頻處理微電腦。攝像頭拍攝圖像、處理（攝像頭就像一隻外部的電子眼）後，無線傳輸到患者視網膜上的植入電極，電極刺激視網膜形成視覺信號傳遞到大腦。病人經過訓練和適應後可以學會解讀Argus II發出的信號，以看清物體及其周圍環境。病人可以看到大型物體的輪廓，如道路邊緣或門框，甚至能閱讀大的字體。

Argus II並不能恢復完全、自然的視力，目前只能恢復一些黑白的粗糙視力。

圖 仿生眼——Argus II系統

A圖，術中圖：帶保護套管的電極(a)、導線 (b)、固定到鞏膜的電子盒(c)，外直肌(d)

B圖，術後眼底圖：位於黃斑上的電極(a)，從睫狀體扁平部穿入導線(b)

這項研究有30名患者參與，結果近90%的患者在使用該設備後視覺功能得到了改善。Argus II是第一個在歐洲、美國和加拿大獲得市場批准的視網膜植入物。

在一項牛津大學資助的研究中，Thomas L.等（2018）給6名晚期視網膜色素變性患者植入一種人工光感受器視網膜植入物，稱為Alpha AMS。這種植入物是一個4.0×3.2 mm、70μm厚的硅酮微晶片，包含1600個感光單元，每個感光單元70×70μm大小，包括一個光電二極管、一個放大器和一個刺激電極。感光單元形成微電流刺激覆蓋的視網膜形成視覺信號。芯片的靈敏度可以根據患者的主觀感受來調整以適應環境光強度。但這種植入物仍然是需要外接電源供電的，所以患者還得攜帶一個電源盒。

研究結果顯示，這種人工光感受器視網膜植入物改善了其中5人的視覺，並在24個月的觀察中都持續發揮著功能。

人工光感受器

仿生眼系統的缺點是還需要攝像頭和微電腦、電池這樣的外部設備，還需要導線連接電極到眼球外（在眼球壁上“留置導線/電線”，風險較大），如果能研究出一種無需供電的人工視網膜的話，那就可以直接由“人工視網膜”把光刺激轉化為電信號傳遞給大腦了。

好消息是，已有科學家在研究這種“人工視網膜”了，那就是人工光感受器。初期的研究已經可以讓失明的老鼠看到一些東西了。

光感受器是視網膜上的微小細胞，它們把圖像和光轉換成視覺信號。每隻眼的視網膜上都有數百萬個光感受器。很多嚴重、不可逆的眼底病變（比如視網膜色素變性和黃斑變性）都是因為光感受器出問題致盲的，目前這一類眼病都沒有理想的治療方法，而人工光感受器是重建視覺的最大希望。

人工光感受器其實是極其細小的納米單元，能把光刺激變為電信號。把它植入到老鼠受損的視網膜後可以與眼組織相互作用來模擬視覺。

Park, B等（2018）發現人工納米囊泡光敏材料（nanovesicle-based photosensitive materials）有與人眼類似的光感受器特性。在不同波長可見光下用石墨烯電極做電化學測量，發現4個具有不同光感受器的納米囊泡，表現出明顯的顏色依賴特徵，與人類視網膜的顏色依賴特徵是一致的，在生物光電應用中很有前景。

最近臺灣的研究者Tsai WL等（2019）研發了一種鹵化物鈣鈦礦（halide perovskite）的人工光感受器，能對紅、綠、藍三種顏色有特定的光反應，而且靈敏度高，響應速度快，性能優良，與人視網膜視錐、視杆細胞一致。

幹細胞移植

幹細胞移植可以減緩視網膜細胞的破壞。

Da Cruz等（2018）用一個包含完全分化的、人胚胎幹細胞(hESC)衍生的單層視網膜色素上皮細胞，並放置於一層人工合成的基底膜上，稱為RPE貼片。

用一種專門設計的顯微外科工具，將RPE貼片植入兩例嚴重黃斑病變患者的視網膜下。在12個月內，這兩位患者的視力分別提高了29和21個字母。

雖然只有2例患者，但這也是大開腦洞的設計了。

小結

雖然現在有很多前沿的科學研究在探索“人工眼、人工視網膜”，但能實現臨床應用還有很長的路要走，而且可以想象治療費用絕對不菲。

能避免嚴重眼底疾病的發生才是最值得重視的。而與黃斑變性最相關的疾病之一就是高度近視。詳見前文：為什麼防盲治盲要從娃娃抓起？

因此，防控兒童近視，從現在做起。家長重視起來！

參考文獻

【1】 Rachitskaya AV, Yuan A. Argus II retinal prosthesis system: An update.Ophthalmic Genet. 2016 Sep;37(3):260-6.

【2】 Da Cruz L, Dorn JD, Humayun MS3，et al. Five-Year Safety and Performance Results from the Argus II Retinal Prosthesis System Clinical Trial. Ophthalmology. 2016 Oct;123(10):2248-54.

【3】 Hahn P, Fine HF. Practical Concepts With the Argus II Retinal Prosthesis.Ophthalmic Surg Lasers Imaging Retina. 2018 Oct 1;49(10):742-746.

【4】 Da Cruz, L., Fynes, K., Georgiadis, O., Kerby, J., Luo, Y. H., Ahmado, A., … Coffey, P. J. (2018). Phase 1 clinical study of an embryonic stem cell–derived retinal pigment epithelium patch in age-related macular degeneration. Nature Biotechnology, 36(4), 328–337.

【5】 Park, B., Yang, H., Ha, T. H., Park, H. S., Oh, S. J., Ryu, Y.-S., … Kim, J. H. (2018). Artificial Rod and Cone Photoreceptors with Human-Like Spectral Sensitivities. Advanced Materials, 30(27), 1706764.

【6】 Edwards, T. L., Cottriall, C. L., Xue, K., Simunovic, M. P., Ramsden, J. D., Zrenner, E., & MacLaren, R. E. (2018). Assessment of the Electronic Retinal Implant Alpha AMS in Restoring Vision to Blind Patients with End-Stage Retinitis Pigmentosa. Ophthalmology, 125(3), 432–443.

【7】 Tsai, W., Chen, C., Wen, Y., Yang, L., Cheng, Y., & Lin, H. (2019). Band Tunable Microcavity Perovskite Artificial Human Photoreceptors. Advanced Materials, 1900231.

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