【導語】視覺，作為人類至關重要的感官，一旦受損，將極大影響生活與工作。為了幫助失明患者重獲光明，科學家們不斷探索創新技術。近期，複旦大學與中國科學院上海技術物理研究所聯合團隊取得突破性進展，研發出全球首款既能感知可見光又能響應近紅外光，且無需外部供電的視覺假體。這一成果不僅為失明患者帶來新希望，更展示了突破人體感知極限的可能性。未來，這類植入型裝置有望成為人類獲得全新感官的入口。

視覺是人類最重要的感官之一，失去視力，生活和工作都會變得舉步維艱。為了幫助失明患者，科學家們研發了一類植入眼部的電子裝置，能夠替代受損的眼部細胞，捕捉光信號並傳遞給大腦以重建視覺，這就是“視覺假體”。傳統假體雖然能讓患者恢複部分視覺，但在昏暗環境下往往力不從心。

最近，複旦大學與中國科學院上海技術物理研究所的研究團隊合作研發出了一種基於新型納米材料的視覺假體，不僅能夠捕獲可見光，還能直接感知紅外光，讓使用者像貓頭鷹一樣在黑暗中也能“看見”東西，而且無需外部供電。相關成果已於 2025 年 6 月 5 日發表在《科學》（Science）雜(zá)誌(zhì)。

人(rén)類(lèi)視(shì)覺(jué)的(de)產(chǎn)生(shēng)大(dà)致是這樣的：物體表麵的光線通過角膜進入眼睛，再經過晶狀體聚焦到視網膜。視網膜上的感光細胞會把光信號轉化為電流脈衝，經由視神經傳遞到大腦的視覺中樞，經過分析整合，糖心免费视频才會“看到”物體的形狀和顏色。換句話說，光的感知、轉換和傳遞，是產生視覺的關鍵。如果其中某個環節出了問題，就可能導致失明。比如白內障會讓晶狀體渾濁，使光線傳導受阻；一些視網膜疾病如老年黃斑變性、糖尿病視網膜病變會導致感光細胞死亡，無法接收光線；而青光眼、外傷或腫瘤壓迫則可能損傷視神經或大腦的視覺中樞，信號無法被正確傳遞。

神經和大腦的損傷是比較難修複的。但如果隻是視網膜的感光細胞失去功能，而視覺通路的其他部分仍能工作，就有機會借助“視覺假體”來重建視覺。視覺假體的原理，就是繞過壞掉的感光細胞，把光信號轉化為電刺激，直接作用於功能尚存的神經元，把信號傳遞到大腦，從而讓患者重獲視覺。

2013 年，美國 FDA 批準了全球首個臨床使用的視網膜假體——Argus II。這套係統包含植入眼內的帶有電極陣列的人工視網膜和光電轉換器，外部還需佩戴一副帶有攝像頭、圖像處理模塊和電源的護目鏡。攝像頭拍到的畫麵會被轉換成電信號，傳輸到眼內的電極陣列，然後對殘存的視覺神經元進行刺激。患者因此能辨認較大的文字、區分明顯的顏色，甚至獨立過馬路。

然而，這種傳統假體的局限也很明顯：Argus II依賴多個體外設備，需要供電，光電轉換效率不高，而且隻能在 400–700 納米的可見光範圍內工作。換句話說，它無法感知紅外光，難以在昏暗環境下幫助患者。

紅外感知在弱光環境下有明顯優勢，在人類眼睛看不到的 700–2000 納米的近紅外波段，蛇類卻能在一片漆黑中準確地捉到獵物。紅外視覺在夜間救援、監控、軍事行動中同樣有巨大價值。對於失明患者來說，具備紅外感知能力更意味著在低光環境下能安全行動。傳統假體雖然可以通過紅外攝像頭來“輔助”，但患者最終“看到”的是經過紅外圖像二次轉換的、由稀疏光點構成的低分辨率輪廓，仍舊不能真正發揮紅外視覺的潛力。

試想一下，如果視覺假體能夠直接響應紅外波段，就相當於為人類拓展了感官能力。這將大幅提升失明患者的行動便利和安全感，也能令普通人擁有超越生理極限的全新感知。

2025 年 6 月，複旦大學與中科院上海技術物理研究所聯合團隊，開發出全球首款既能感知可見光，又能響應近紅外光，而且無需外部供電的視覺假體。其核心在於一種新型光敏材料——碲納米線材料（TeNWNs）。碲是一種類金屬元素，具有獨特的半導體特性。在納米尺度下，它能形成線狀結構，再進一步交織成柔韌的網絡。這種結構不僅能與人體的視網膜組織緊密貼合，補償感光細胞的功能受損的區域，在470-1550納米的寬光譜範圍內實現高效的光電轉換。尤其在人眼看不見的 700–1550 納米的近紅外II區波段響應更強，相當於直接拓展了人眼的感知範圍。更重要的是，它能像天然感光細胞一樣，自發把光轉化為電信號，無需額外供電。

研究團隊在動物實驗中驗證了這種假體的功能。被植入假體的小鼠不僅在紅光照射下表現出明顯的瞳孔收縮反應，在人眼無法感知的近紅外光照下也有同樣的反應。這說明假體成功賦予了它們對紅外光的感知能力。並且在熄燈環境裏，這些小鼠尋找水源的準(zhǔn)確(què)率(lǜ)也(yě)顯(xiǎn)著(zhe)高(gāo)於(yú)對(duì)照(zhào)組(zǔ)，說(shuō)明(míng)這(zhè)種(zhǒng)新(xīn)視(shì)覺(jué)帶(dài)來(lái)了(le)行(xíng)為(wèi)優(yōu)勢(shì)。研(yán)究(jiū)人(rén)員(yuán)還(hái)在(zài)食(shí)蟹(xiè)猴(hóu)身(shēn)上(shàng)進(jìn)行(xíng)了(le)進(jìn)一(yī)步(bù)實(shí)驗(yàn)。食蟹猴的視覺與人類更接近。結果發現，新型假體不僅能夠在不影響它們原有視覺的前提下賦予了它們額外的紅外視覺能力。換句話說，這種裝置並非取代，而是增強了動物的視覺係統。

目前，這項技術仍停留在動物實驗階段。應用到人體之前，還需要積累更多的安全性數據。比如，植入後可能引發怎樣的免疫反應？材料在體內的長期穩定性如何？能否被安全代謝？另一方麵，人類的視網膜本身對藍光、綠光和紅光有不同的敏感度，而這種新型假體對紅外光更敏感，對其他顏色的可見光響應較弱，因此目前仍需要配合補償性的外部 VR 設備來改善整體視覺體驗。

盡管如此，這項研究不僅為失明患者帶來新的希望，也展示了通過新型材料突破人體感知極限的可能性。未來，這類植入型裝置或許不僅是修複功能的工具，更可能像科幻作品裏描繪的那樣，成為人類獲得全新感官的入口。

參考資料：

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.http://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/blindness-and-visual-impairment

本(běn)文為(wèi)•創作培育計劃扶持作品

作者：徐斯佳
審核：白小晶 中國科協學會服務中心，副編審、高級工程師

出品：中國科協科普部

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