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硅视网膜模仿生物学以获得更清晰的视野

点击量:   时间:2017-05-02 01:03:06

研究人员称,一种忠实模仿真实视网膜神经回路的硅芯片可以为那些有视力丧失的人提供更好的仿生眼睛发达国家约有70万人每年被诊断出患有与年龄相关的黄斑变性,全世界有150万人患有称为视网膜色素变性的疾病在这两种疾病中,视网膜细胞逐渐死亡,视网膜细胞将光转换为眼后部的神经冲动大多数人工视网膜通过计算机将外部相机连接到眼睛后面的植入物(参见'Bionic'眼睛可能有助于逆转失明)由美国宾夕法尼亚大学的Kareem Zaghloul和同样位于美国的斯坦福大学的同事Kwabena Boahen创建的新硅芯片可以完全消除对相机和外部计算机的需求该电路是以哺乳动物视网膜为蓝图建造的该芯片包含光传感器和电路,其功能与真实视网膜中的神经大致相同 - 它们可以自动过滤眼睛收集的大量视觉数据,只留下大脑用于构建世界图像的内容 “它具有可以完全植入的神经假体的潜力,”Zaghloul告诉“新科学家”杂志芯片可以直接嵌入眼睛并连接到神经,将信号传递到大脑的视觉皮层为了制造芯片,该团队首先创建了一个模型,了解视网膜中的光敏神经元和其他神经细胞如何连接到处理光他们使用已经在计算机芯片行业中使用的制造技术制造了硅版本他们的芯片尺寸为3.5 x 3.3毫米,包含5760个硅光电晶体管,取代了活体视网膜中的光敏神经元它们连接到3600个晶体管,模拟处理光信息的神经细胞并将其传递到大脑以进行更高程度的处理有13种不同类型的晶体管,每种晶体管的性能略有不同,模仿不同类型的实际神经细胞 Zaghloul说:“它可以很好地完成视网膜所具有的一些功能”例如,视网膜芯片能够自动调节光强度和对比度的变化更令人印象深刻的是,英国伦敦帝国理工学院的神经生物学专家Patrick Deganeer说,它也像活视网膜一样处理运动当场景中的某些东西发生变化时,哺乳动物的大脑只接收来自眼睛的新信息这减少了发送到大脑的信息量,但足以让它解决世界上正在发生的事情视网膜芯片以相同的方式执行最低的图像(右)显示了它如何允许它从移动的面部提取有用的数据除了有可能帮助人类视力受损外,未来版本的视网膜芯片也可以帮助机器人,Deganeer补充道 “如果你可以在前端的硬件中执行更多的处理,那么你可以减少对主处理器的需求,并且可以大大降低功耗,”他解释道在考虑临床试验之前,Zaghloul和Boahen目前正专注于减少视网膜芯片的尺寸和功耗期刊参考文献:神经工程学期刊(第3卷,