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发布时间：2025-09-05 10:45 来源：科普中国创作培育计划
视觉是人类最重要的感官之一，失去视力，生活和工作都会变得举步维艰。为了帮助失明患者，科学家们研发了一类植入眼部的电子装置，能够替代受损的眼部细胞，捕捉光信号并传递给大脑以重建视觉，这就是“视觉假体”。传统假体虽然能让患者恢复部分视觉，但在昏暗环境下往往力不从心。
最近，复旦大学与中国科学院上海技术物理研究所的研究团队合作研发出了一种基于新型纳米材料的视觉假体，不仅能够捕获可见光，还能直接感知红外光，让使用者像猫头鹰一样在黑暗中也能“看见”东西，而且无需外部供电。相关成果已于2025年6月5日发表在《科学》（Science）杂志。
人类视觉的产生大致是这样的：物体表面的光线通过角膜进入眼睛，再经过晶状体聚焦到视网膜。视网膜上的感光细胞会把光信号转化为电流脉冲，经由视神经传递到大脑的视觉中枢，经过分析整合，我们才会“看到”物体的形状和颜色。换句话说，光的感知、转换和传递，是产生视觉的关键。如果其中某个环节出了问题，就可能导致失明。比如白内障会让晶状体浑浊，使光线传导受阻；一些视网膜疾病如老年黄斑变性、糖尿病视网膜病变会导致感光细胞死亡，无法接收光线；而青光眼、外伤或肿瘤压迫则可能损伤视神经或大脑的视觉中枢，信号无法被正确传递。
神经和大脑的损伤是比较难修复的。但如果只是视网膜的感光细胞失去功能，而视觉通路的其他部分仍能工作，就有机会借助“视觉假体”来重建视觉。视觉假体的原理，就是绕过坏掉的感光细胞，把光信号转化为电刺激，直接作用于功能尚存的神经元，把信号传递到大脑，从而让患者重获视觉。
2013年，美国 FDA 批准了全球首个临床使用的视网膜假体——Argus II。这套系统包含植入眼内的带有电极阵列的人工视网膜和光电转换器，外部还需佩戴一副带有摄像头、图像处理模块和电源的护目镜。摄像头拍到的画面会被转换成电信号，传输到眼内的电极阵列，然后对残存的视觉神经元进行刺激。患者因此能辨认较大的文字、区分明显的颜色，甚至独立过马路。
然而，这种传统假体的局限也很明显：Argus II依赖多个体外设备，需要供电，光电转换效率不高，而且只能在400纳米–700纳米的可见光范围内工作。换句话说，它无法感知红外光，难以在昏暗环境下帮助患者。
红外感知在弱光环境下有明显优势，在人类眼睛看不到的700纳米–2000纳米的近红外波段，蛇类却能在一片漆黑中准确地捉到猎物。红外视觉在夜间救援、监控、军事行动中同样有巨大价值。对于失明患者来说，具备红外感知能力更意味着在低光环境下能安全行动。传统假体虽然可以通过红外摄像头来“辅助”，但患者最终“看到”的是经过红外图像二次转换的、由稀疏光点构成的低分辨率轮廓，仍旧不能真正发挥红外视觉的潜力。
试想一下，如果视觉假体能够直接响应红外波段，就相当于为人类拓展了感官能力。这将大幅提升失明患者的行动便利和安全感，也能令普通人拥有超越生理极限的全新感知。
2025年6月，复旦大学与中国中科院上海技术物理研究所联合团队，开发出全球首款既能感知可见光，又能响应近红外光，而且无需外部供电的视觉假体。其核心在于一种新型光敏材料——碲纳米线材料（TeNWNs）。碲是一种类金属元素，具有独特的半导体特性。在纳米尺度下，它能形成线状结构，再进一步交织成柔韧的网络。这种结构不仅能与人体的视网膜组织紧密贴合，补偿感光细胞的功能受损的区域，在470纳米-1550纳米的宽光谱范围内实现高效的光电转换。尤其在人眼看不见的700纳米–1550纳米的近红外Ⅱ区波段响应更强，相当于直接拓展了人眼的感知范围。更重要的是，它能像天然感光细胞一样，自发把光转化为电信号，无需额外供电。
研究团队在动物实验中验证了这种假体的功能。被植入假体的小鼠不仅在红光照射下表现出明显的瞳孔收缩反应，在人眼无法感知的近红外光照下也有同样的反应。这说明假体成功赋予了它们对红外光的感知能力。并且在熄灯环境里，这些小鼠寻找水源的准确率也显著高于对照组，说明这种新视觉带来了行为优势。研究人员还在食蟹猴身上进行了进一步实验。食蟹猴的视觉与人类更接近。结果发现，新型假体不仅能够在不影响它们原有视觉的前提下赋予了它们额外的红外视觉能力。换句话说，这种装置并非取代，而是增强了动物的视觉系统。
目前，这项技术仍停留在动物实验阶段。应用到人体之前，还需要积累更多的安全性数据。比如，植入后可能引发怎样的免疫反应？材料在体内的长期稳定性如何？能否被安全代谢？另一方面，人类的视网膜本身对蓝光、绿光和红光有不同的敏感度，而这种新型假体对红外光更敏感，对其他颜色的可见光响应较弱，因此目前仍需要配合补偿性的外部VR设备来改善整体视觉体验。
尽管如此，这项研究不仅为失明患者带来新的希望，也展示了通过新型材料突破人体感知极限的可能性。未来，这类植入型装置或许不仅是修复功能的工具，更可能像科幻作品里描绘的那样，成为人类获得全新感官的入口。
参考资料：
1.Shuiyuan Wang et al., Tellurium nanowire retinal nanoprosthesis improves vision in models of blindness.Science388,eadu2987(2025).DOI:10.1126/science.adu2987
2.Mirochnik RM, Pezaris JS. Contemporary approaches to visual prostheses. Mil Med Res. 2019 Jun 5;6(1):19. doi: 10.1186/s40779-019-0206-9.
3.Gabel VP. Artificial vision: a clinical guide. Cham: Springer International Publishing; 2017.
4.https://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/blindness-and-visual-impairment
