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  • 使用者帳號 | 黃 義 基 金 會
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  • 複明之路上的新希望——利用殘餘視網膜組織完成正常神經資訊輸出 | 黃 義 基 金 會
    fwong 的部落格 複明之路上的新希望 利用殘餘視網膜組織完成正常神經資訊輸出 週一 08 20 2012 22 52 fwong 近日 本網登載了一篇主題為 通過刺激殘餘視網膜神經元細胞形成視覺資訊 以幫助視網膜病變患者恢復視力 的文章 在文中 我談到 這種治療方法的最終效果取決於其根本理論的有效性 及人工刺激和殘餘的視網膜神經元細胞網路這一組合是否能夠形成視覺圖像 有效類比正常視網膜組織處理視覺資訊的機制 來自紐約州康奈爾大學威爾醫學院的S 尼倫伯格教授 S Nirenberg 和C 潘德瑞納斯博士 C Pandarinath 發表於本期 美國國家科學院學刊 Proceedings of the National Academy of Sciences 的論文為相關概念的論證邁出了重要的一步 從大體上講 研究人員利用電子線路 電腦演算法和機器學習法的有機組合 由視網膜的輸出神經元 視網膜神經節細胞 負責傳輸按照電子信號的正確形式 電脈衝 進行編碼的視覺場景 以供大腦解讀 通過這種方法 他們已經培育出了小鼠的視網膜樣本 它能夠對周維環境 人臉以及運動中的人和車輛等自然場景進行處理 換而言之 該人造視網膜樣本類比了通過視網膜神經節細胞向大腦傳輸視覺影像的過程 實現了正常視網膜的功能 成功構建視網膜編碼器的意義可比作在戰爭年代中破譯了敵方無線電傳輸密碼 這個人造視網膜樣本主要由編碼器和換能器兩個部分組成 在針對患視網膜色素變性的小鼠所進行的實驗過程中 換能器就是位於他們病變的視網膜上的一層仍具有電脈衝傳輸能力的殘餘的神經節細胞 為了完成編碼器與換能器之間的耦合 利用光感基因療法 對視網膜神經節細胞加以外源性光敏離子通道為介導的人工刺激做出反應 編碼器計算出每一個視網膜神經細胞應向大腦釋放的電脈衝 並按其對視網膜神經細胞加以直接刺激 經過視網膜的捕捉和處理 自然場景中的視覺資訊就會以數以千計的視網膜神經節細胞所產生的集合放電模式完成編碼 在此次實驗中 科學家們對9800個視網膜神經節細胞產生的放電模式進行了分析 總而言之 儘管視網膜因病變缺少了光感細胞

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  • Stimulating the remaining retinal neurons to simulate visual information | Huange Foundation
    current flow across cell membranes In a neural network signals are propagated alternatingly by electrical and chemical signals the computations however are performed based on electrical signals In many types of retinal degeneration including retinitis pigmentosa RP a common outcome of a broad spectrum of disease causes is a residual retina that is without photoreceptors while the rest of the retinal layers appear more or less intact morphologically This common feature has prompted many scientists to ask if the remaining retina can be stimulated by methods other than light activating photoreceptors to produce electrical signals that might simulate visual information The first attempt in taking this approach is the electronic chip implant that stimulates the remaining retinal neurons electrically and directly The input signal is an image projected onto the chip through the cornea and the lens in the normal manner At least two such electronic chips are in clinical trials Future improvements will be in the engineering of these chips such as increases in their resolutions and in the interface between engineering and biology including better tolerance of the implanted chip by the retina In addition to the challenges specific to the electronic chip the final success of this general approach will depend on the validity of the assumption that the artificial stimulation and the remaining retinal network of neurons can in combination simulate visual information capture and processing of the normal retina More recent attempts to follow this basic approach use light gating activation of retinal neurons mediated by addition of exogenous light sensitive ionic channels or light sensitive molecules that act on native ionic channels The former method known as optogenetic gene therapy uses naturally occurring molecules whereas the latter uses chemically synthesized small molecules such as AAQ These methods have been tested successfully in rodent models

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  • 用户帐户 | 黄 义 基 金 会
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  • 用户帐户 | 黄 义 基 金 会
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  • 从AAQ分子谈到刺激残余视网膜神经元形成视觉 | 黄 义 基 金 会
    因为 其不仅在治疗过程方面相较于基因疗法大为简化 而且 与其它侵入性外科手术不同 这种疗法拥有极佳的可逆性 然而 目前 AAQ的人体临床试验仍未正式展开 其研究还尚处概念验证阶段 事实上 AAQ与其它几种处于试验阶段的疗法都遵循着同一种理论基础 即通过刺激患者残余的视网膜神经元细胞形成视觉 就形态而言 视网膜拥有简洁而有序的层状结构 感光层接受到光线之后 就会将光信号传递到内层细胞进行处理 而位于内层的神经元则负责组合来自各个光感受器细胞的输入信号 从中提炼出有关颜色 形状以及动作的主要特性 此后 经过初步处理的信息就会被传送到视网膜神经节细胞层完成进一步的整合 最终传入大脑 大脑接受到了来自双眼的视觉信息之后 对其进行解读 这样 人们才能够看到眼前的大千世界 视网膜处理视觉信息的过程十分复杂 至今人类仍未完全了解其中的每一个细节 不过 神经元细胞形成的网络实现信息传递的方式无外乎电信号和化学信号两种 电信号传输的根本机制就是通过打开和关闭神经细胞膜上的离子通道 使得离子流能够在细胞间进行流动 而化学信号则需依靠其递质和受体对通过细胞膜的离子流进行调节 在神经网络中 电信号和化学信号交替传递 而由电信号的迭加结果决定其具体量值 包括视网膜色素变性 RP 在内的诸多由疾病所导致的视网膜退化性病例中 通常情况下 患者的一小部分视网膜组织失去了光感受器细胞 而他们视网膜的其余部分则在形态上或多或少地呈现出健康形态 这一普遍的现象促使许多科学家陷入思考 除了利用光线启动光感受器细胞之外 人们是否有可能找到其它的方法刺激残余的视网膜组织产生电信号 从而形成视觉呢 根据这一思路 人们最先尝试的就是植入电子芯片的方法 利用电信号直接刺激残余的视网膜神经元细胞 与人类视物的常规方式类似 输入信号透过角膜和晶状体投射到芯片上 目前 至少已有两种电子芯片投入了临床测试 未来 该类芯片还将在工程学方面得到进一步的改善 在提升其分辨率的同时 不断完善工程学和生物学之间的接口 包括着力降低视网膜对于该植入芯片的排异性等等 除了芯片本身的改进之外 该项技术的最终成功还取决于该理论的具体效果 及人工刺激和残余的视网膜神经元网络这一组合是否能够形成视觉图像 仿真出普通视网膜对于图像的处理机制 基于该项基本理论的另一种尝试则是通过外源性的光敏离子通道或是作用于原生离子信道的光敏分子为介导 利用光控开关启动视网膜神经元细胞 人们过去所知的光感基因疗法 optogenetic gene therapy 使用的是自然界原本存在的分子 而最新的技术所选用的则是诸如AAQ这类通过化学合成的小分子

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