Jens Naumannは17歳のとき、事故で鉄道線の金属片が彼の左目に飛び込んできた。 その3年後、スノーモービルのクラッチから落ちた金属片が右目を破壊し、真っ暗闇に陥った。 ナウマンの著書『サーチ・フォー・パラダイス』には、主に生物医学エンジニア、ウィリアム・ドーベルの「患者アルファ」として、彼が光に戻るための必死の探求が描かれている。 1970年代、ドベルは、視覚の脳領域（視覚野）を電気的に刺激すると、光の斑点、すなわち「フォスフェーン」を知覚することを明らかにした。 この装置は、頭部に装着したカメラからコンピュータ・プロセッサに映像を送り、コンピュータ・プロセッサが視覚野に埋め込まれた電極に電気信号を送り、視覚を認識させるというものであった。 ナウマンは、2002年にポルトガルに渡って手術を受け、ドーベルの最も有名な患者になった。米国では、安全性が証明されていないとして、この手術はFDAによって禁止されていた。 しかし、安全性が確認されていないとして、アメリカではこの手術は禁止されていた。ナウマンの体験談が、この装置で形状を知覚できることを示す唯一の証拠となり、この手術のデータは公表されなかった。 しかし彼は、この技術を前進させるために、何年にもわたって運動を続けてきた。

この技術を人での日常的な実用に近づける、より洗練されたバージョンが現在作られ、サルでテストされている。 オランダ神経科学研究所の神経科学者Pieter Roelfsema氏が率いるチームは、2匹の目の見えるサルで、位置、方向、動き、および文字の形を知覚することを実証しました。 この研究は12月3日にScience誌に発表されたが、「技術的な力作である」と、神経外科医のDaniel Yoshor氏は言う。同氏は研究には参加していないが、付随する解説を共同執筆している。 この装置を人間に使うには、さらなる開発が必要だが、この研究によって、視力を失った人々に視力を回復させるという夢に近づくことができた。 このアプローチは、緑内障や糖尿病患者、身体的外傷を受けた人など、目の細胞が機能していない人々にとって唯一の可能な治療法です。

今回の研究で研究チームは、64個の電極からなるグリッド状のアレイを16個、合計1024個の電極を使用しました。 「大脳皮質の表面の大部分をタイル状にすることで、視覚空間の地図の大部分とのインターフェースを作り出しました」と、Roelfsema氏は言う。 視覚野には「レチノトピー」と呼ばれる特性があり、視覚空間が物理的に大脳皮質の領域にマッピングされるため、研究者は空間の特定点にフォスフェンを発生させることができる。 一連の実験により、サルは個々のフォスフェンの位置、2つのフォスフェンで構成される線の向き、2つを連続して刺激することで暗示される運動の方向を識別できることが示された。 最後に、文字を認識する訓練を受けているサルは、8個から15個のフォスフェンから生成される文字を識別できるようであった。 フォスフェンはカメラを使わずに電極を直接刺激することで生成され、サルは目の動きで反応を示した

他のグループも同じ問題に取り組んでおり、1つはすでに人間で装置をテストしている。 カリフォルニアの会社であるセカンド・サイトは、FDAの承認を受けた臨床試験で、6人の盲人にオリオンと呼ばれるシステムを開発中である。 オリオンは、ドーベルのシステムと同様に、脳の表面に設置する電極を使用し、「貫通型」インプラントを使用した場合に生じる組織損傷や炎症を回避し、時間の経過とともに性能が低下することを防ぐ。 この方法の欠点は、必要な電流が比較的大きいため、安全に使用できる電極の数が制限されることです。 「てんかんを誘発することは避けたい」とRoelfsemaは言う。 オランダの研究グループは、より少ない電流で済む貫通電極を用いた新しい研究を行った。 「細い針を使ったので、数個の細胞だけを、表面電極の100分の1の比較的小さな電流で活性化することができるのです」とロエルフセマは言う。 最も重要なのは、この新しい装置がはるかに高い解像度を持つことです。 新しいシステムには 1,024 個の電極がありますが、Orion 社のインプラントには 60 個の電極があり、受診者は暗い部分と明るい部分の検出に限定されます。

この装置が生み出すであろう視覚は、自然の豊かな視覚と比べると粗雑ですが、それでもかなりの利益をもたらすでしょう。 この研究に関与していないハーバード大学医学部の Neena Haider 氏は、「何もないところから始めると、10～20% はゲームオーバーになります」と述べています。 この研究には参加していませんが、ハーバード・メディカル・スクールのニーナ・ハイダーは、「この世界をどのようにナビゲートすればよいかを知る窓を与えてくれます」と述べています。 しかし、この技術が人間に使われるようになるには障害が残っている。 まず、インプラントがワイヤレスでなければならないが、他のグループがワイヤレス脳インプラントの開発に取り組んでいる。 ハイダーは、次のステップとして、インプラントの貫通による生理的影響を測定する必要があると言う。 「脳内でどのような細胞応答が起こっているのか、急性および長期の影響についてです」。 「生体適合性」は依然として問題だが、解決策はすぐそこにあるのかもしれない。 「私たちは、薄くて柔軟な電極を開発しているグループと協力しています。 「第一印象では、これらの新しい材料は非常に安定していますが、まだやるべきことがあります」

脳が視覚情報を処理する方法をよりよく理解することも助けになるでしょう。 「ハードウェアの課題とソフトウェアの課題があります」と、Yoshor 氏は言います。 “時に人々は、脳を刺激する方法であるソフトウェアの要素を軽視します。 Yoshorは、患者にOrionを移植した2人の神経外科医のうちの1人で、彼と同僚は最近、その能力を探る研究を発表しました。 “患者にスポットを見せるのは簡単だ “とYoshorは言う。 「しかし、スタジアムの照明のように、それらを組み合わせようとすると、患者に首尾一貫した形を知覚させるのはずっと難しいのです」。 研究チームは、脳が刺激の変化を感知する性質を利用することで解決できないかと考えた。 「6つの電極を同時に刺激すると、患者には一貫性のない塊が見えました」とYoshorは言う。 「しかし、脳を横断すると、患者はすぐに視覚的な形や文字を検出できるようになりました」

視覚系が行う処理は非常に複雑ですが、この処理の理解を深め、より高度な刺激技術とともに、これらの装置を進歩させ続けることができます。 Yoshor氏は、この問題を音楽の演奏にたとえている。 「和音を弾くか、拳でピアノを叩くかの違いのようなものです」と彼は言う。 「情報を雑に入力すると不協和音になる。音楽的な方法で行わなければならないのだ」

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