不用电极，只用一束光，就能让盲人重新产生视觉？

近期，美国波士顿大学程继新教授、杨辰教授团队与法国公司 Axorus、法国视觉研究所等团队合作，在 Nature Communications 报道了一种光声视网膜刺激技术。他们用一种无源的柔性薄膜，有望帮助部分失明患者恢复一定视觉感知能力，并且看得更清楚、视野更大。

值得关注的是，该技术实现了 51 微米的横向空间精度，超越了目前临床试验中 PRIMA 光伏植入物所能达到的 100 微米，为视网膜退行性疾病患者恢复视力提供了新思路。

图丨研究团队主要成员（受访者）

通常来说，因视网膜色素变性、老年黄斑变性导致的视网膜退行性疾病通过攻击视网膜中的感光细胞，使患者逐渐失去视力，并且基本不可逆。尽管当下已有视网膜假体进入市场或临床试验阶段，但它们普遍面临空间分辨率不足，恢复视野有限等挑战。

需要了解的是，尽管失明患者的感光细胞已损坏，但后续的视觉信号输出通路（双极细胞和神经节细胞）仍保持活性。传统方案是用电极直接电刺激，理论上每个电极需要有一根单独的导线与之相连，以实现高集成度的控制，但这种方案植入体损坏率高，感染风险高，分辨率也相对较低。

这项新技术的路径是：激光照膜-膜发声-声刺激细胞-细胞传信号-大脑感知光。也就是说，通过超声波唤醒神经，不用电线就能用光精准调控数千个点，这是传统电极式方法控制难以实现的。

该技术适用于帮助那些已经失去视力的患者恢复一定程度的视力，主要包括两类视网膜退行性疾病：一类是由基因导致的色素性视网膜炎，这类患者通常仅光感细胞死亡，其余的视网膜细胞仍健康完整；另一类是老年黄斑病变中，因黄斑不透光导致的视力减退。

现在，脑机接口技术在视觉假体方面也有相关进展，例如 Neuralink 公司通过侵入式电极，基于大脑皮层路径帮助患者恢复视力。

该论文共同第一作者、波士顿大学研究助理教授李悦明告诉 DeepTech：“实际上，在从视网膜到大脑的神经通路中越早进行刺激，产生的视觉信息越完整（对比度、形状等），越接近自然视觉。大脑本身是一个复杂的器官，尽管大脑皮层刺激也可产生信号，但这并不是最自然的运行方式。一方面能通过直接刺激输入大脑皮层的信息非常有限，另一方面大脑需要时间‘学习’输入的信号并进行解读。为了提供更有意义的视觉信息，我们选择的是视网膜路径。”

一层“三明治”薄膜，让光变成可控的“神经信号”

研究人员制备了一种仅 115 微米厚的柔性薄膜作为光声转换器，其结构类似“三明治”，中间层是碳纳米材料蜡烛烟灰，上下两层则是聚二甲基硅氧烷弹性体。薄膜的弹性模量经过精确调控至 2.12 兆帕，大幅提高了光声转换效率。这一弹性模量相较于电学或者光伏视网膜植入体，更接近视网膜组织的力学特性相，可最大限度减少植入后的免疫排斥反应。

光声转化的本质是能量转化的物理过程：1,030 纳米波长的近红外激光经蜡烛烟灰的光吸收层转换成热能，然后再通过聚二甲基硅氧烷的热膨胀和收缩性能转化为频率约 42 兆赫兹的超声波脉冲，进而精准刺激尚能工作的视网膜细胞，最终在动物实验中实现了视觉信号向大脑的传递。

图丨柔性光声薄膜的表征（Nature Communications）

该技术利用了光声优势，通过用光产生声波的方式，将超声场局限在更小的范围内，突破了超声波空间分辨率受声波波长限制的技术难题。

根据实验数据，这种薄膜的光声转换效率能实现每微焦耳激光能量产生 26 千帕的声压。经测试，在距离薄膜表面 0.9 毫米处的峰值声压为 146.2 千帕，这一强度“刚刚好”：既能激活视网膜神经回路，又显著低于传统超声换能器刺激视网膜所需的声压。

图丨体内光声植入物生物相容性研究（Nature Communication

更关键的是，当该团队在距离薄膜表面 34 微米处使用 50 微米直径的光斑，能够产生横向宽度仅 51 微米的超声场。这意味着，该技术可实现高分辨率的视网膜刺激。

李悦明解释道：“50 微米的空间分辨率对应美国等国家法定盲与脱盲的判定标准（20/200），选择这个数值也是希望证明我们的技术能够帮助病人重获接近盲人分界线的视力。”

最关键的问题：安全性和有效性能否同时成立？

研究人员首先在离体大鼠视网膜上证明了这种方法的效果。他们将薄膜放置在视网膜的光感受器侧，通过 200 微米光纤传递激光脉冲，并用多电极阵列记录视网膜神经节细胞的电活动。

实验结果显示，在野生型 Long-Evans 大鼠视网膜中，78% 的神经节细胞可对光声刺激产生反应，其中 92% 表现为兴奋性反应，平均响应频率达到 66 赫兹，平均响应潜伏期 51 毫秒。

（Nature Communications）

在 P23H 转基因大鼠（注：一种只有感光细胞死亡的视网膜退行性疾病模型）视网膜中，39% 的神经节细胞仍对刺激产生反应，尽管响应频率较低、潜伏期较长，但结果令人兴奋：退化的视网膜的机械敏感性仍可保留。

实验结果显示，该技术机械指数仅 0.03，空间峰值时间平均强度低于 0.9 毫瓦每平方厘米，远低于 FDA 的安全阈值。并且，在 40 秒内的最大温度升高低于 0.52°C，这表明该技术在避免超声刺激和部分光刺激可能产生的热损伤方面风险相对较低。

实际上，光声技术最大的优势在于光能提供的能量密度显著高于超声，并能提供更高的空间分辨率。但是，此前这一优势在大脑刺激场景中并未充分体现。

此前，研究团队利用光声技术对脑部神经刺激进行相关探索工作已有六年多时间，但始终面临产生温度或机械指数偏高等挑战。由于视网膜是一种对压力非常敏感的器官，当该技术应用在视网膜时，一切变得“恰好吻合”。

李悦明表示：“我们当时最担心的是，这项技术会在视网膜中产生过多的热量。当我们发现应用在视网膜比大脑效果更好时，整个课题组都感到非常兴奋，这意味着该技术终于找到了更契合的应用场景。”

超越电刺激瓶颈：在 25 平方毫米上复刻“上帝之眼”

这项研究的创新之处在于，将光声转换机制应用于视网膜假体领域。与现有的电刺激假体相比，光声薄膜的像素密度理论上能通过数字微镜器件和多芯光纤实现百万级，有可能覆盖更广泛的视网膜区域。与单纯超声刺激相比，光声薄膜的超声场由光照射位置决定，可有效避免复杂的超声相控阵设计，且薄膜本身可贴合视网膜，受眼球运动影响相对较小。

据研究人员估算，如果采用 4f 投影系统将激光光斑缩小至 20 微米以下，再配合现有的光学工程技术，有望在覆盖黄斑区 25 平方毫米的薄膜上实现接近人类视网膜生理极限的分辨率——2,500 像素每平方毫米。

目前，研究团队已将两项专利授权给 Axorus 公司，希望未来 5 至 10 年将该技术推广至临床应用。他们计划在短期内聚焦于安全性试验，例如确认植入器件后反复进行光声刺激的过程中，是否会对视网膜造成损伤。另一方面，研究人员将继续探索在动物实验中是否能达到与物理空间分辨率相似的效果。

视网膜假体领域的发展，经历了从电刺激到超声波，再到光声转换的演进。这项技术为因感光细胞退化而失去光明的患者群体提供了一种新方案：它或许不会让黑暗瞬间消失，但正在让“重新看见”这件事，从幻想变成工程问题。

参考资料：

1.https://doi.org/10.1038/s41467-025-67518-6

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