人工视觉研究的新兴前景：脑机接口揭示变革性潜力

《Neural Networks》：Emerging Promise in Artificial Vision Research: Unveiling Transformative Potential through Brain-Computer Interfaces

　　研究亮点 1 脑机接口在缓解视网膜退行性疾病和皮层失明方面前景广阔。研究亮点 2 抗疤痕纳米涂层与自供电无线系统解决了电极寿命问题。研究亮点 3 免疫相容性设计提高了设备的长期稳定性和安全性。**引言**作为融合神经科学与工程的交叉学科领域，脑机接口（BCI）技术在信号采集、编码和解码方面近年来取得了显著进展，尤其在人工视觉领域展现出巨大潜力。随着全球视力受损人口不断增加，传统的视觉恢复方法已难以满足日益增长的临床需求。脑机接口技术通过直接解码神经活动，为视力受损人群提供了全新的治疗途径，在视网膜退行性疾病和皮层失明的治疗中尤为突出（Hochberg 等，2012）。侵入式和非侵入式 BCI 技术的最新进展显著提高了神经信号采集的准确性和稳定性。例如，微电极阵列（MEA）和皮层电图（ECoG）的应用使瘫痪患者仅凭神经信号即可控制外部设备，如机械臂或虚拟光标（Guo, Wang, Wang 等，2022；Musk，2019）。同时，脑电图（EEG）和功能性近红外光谱（fNIRS）等非侵入性技术在运动康复和辅助交流领域展现出广阔的应用前景（Naseer, Hong，2015；Pfurtscheller, Müller, Pfurtscheller 等，2003）。此外，稳态视觉诱发电位（SSVEP）和 P300 事件相关电位（ERP）等视觉编码技术的突破，提高了 BCI 系统的交互效率和用户体验（Chen, Wang, Gao 等，2015；Farwell, Donchin，1988）。然而，尽管在实验环境下取得了令人振奋的结果，其临床转化和大规模应用仍面临信号稳定性以及植入设备长期生物相容性等持续性挑战（Kozai, Jaquins-Gerstl, Vazquez 等，2015b；Yuste, Goering, Arcas 等，2017）。本综述旨在综合 BCI 在人工视觉领域的最新进展，探索技术创新、临床应用和前瞻性发展路径，以解决当前局限并推进视力障碍的治疗策略。本综述的设计及其结果报告严格遵循了《系统综述和荟萃分析优先报告条目》（PRISMA）指南。我们在 PubMed、Web of Science、Google Scholar、Scopus 和 IEEE Xplore 等多个数据库进行了全面的文献检索。检索策略包含了一系列关键词，如"脑—机接口"、"BCI 与人工视觉"、"侵入式/非侵入式信号"、"SSVEP"、"P300"、"视网膜假体"、"皮层失明"、"闭环 BCI"、"视觉皮层刺激"、"BCI 信号稳定性"、"纳米涂层电极"、"自供电 BCI"和"神经增强现实"。检索重点关注过去十年的出版物。我们纳入了直接涉及 BCI 在人工视觉领域开发或应用的实证研究、综述、会议论文和技术报告。与 BCI 相关性极低的文献和重复文献被排除。两位审稿人独立筛选标题和摘要，任何分歧通过讨论解决，必要时咨询第三位审稿人。最后，获取并评估了潜在合格文献的全文。在这篇综合综述中，我们介绍了脑机接口的核心编码技术、其在视觉领域的临床应用以及未来面临的挑战。此外，我们还回顾了脑机接口在视觉领域的技术进步（图 1）。**脑机接口核心技术**BCI 技术的核心目标是建立大脑与外部设备之间的双向通信通路。这一过程从根本上依赖于两项紧密耦合且协同作用的技术：神经信号采集和视觉信息编码。神经信号采集构成了 BCI 的物理基础和主要信息来源，通过侵入式或非侵入式方法捕捉反映用户意图和认知状态的脑部活动。**视网膜退行性疾病**视网膜退行性疾病，包括视网膜色素变性（RP）和年龄相关性黄斑变性（AMD），是全球范围内导致不可逆视力丧失的主要原因之一，其特征为光感受器细胞的进行性退化。视网膜假体通过微电极阵列（MEA）直接刺激残余的视网膜神经元或视神经，绕过功能失调的光感受器，从而将视觉信息传递至大脑。近年来，第三代视网膜假体经历了……**抗疤痕纳米涂层**信号稳定性是 BCI 系统持续发展面临的核心挑战之一。BCI 中的信号不稳定可归因于电极移位或损坏、材料降解以及胶质疤痕组织包封等因素（Dong, Wang, Huang 等，2023；Mridha, Das, Kabir 等，2021；Sun, Chen, Liu 等，2025；Woeppel, Hughes, Herrera 等，2021）。电极植入后，宿主免疫反应激活小胶质细胞，导致……**神经形态增强现实的创新进展**未来十年，神经形态增强现实（NAR）领域预计将有重大突破。在许多视网膜疾病中，神经节细胞的退化使得视网膜假体无法有效恢复视力，这凸显了皮层视觉假体的潜在优势。在 Brindley 等人的开创性工作中，电极被植入恒河猴的主视觉皮层。通过视觉目标训练结合接受野映射，他们实现了……**结论与展望**BCI 技术在人工视觉领域取得了重大进展，为视网膜退行性疾病和皮层失明等严重视力障碍提供了新的干预途径。进展范围涵盖从高分辨率侵入式信号采集到精细化的视觉编码范式——包括 SSVEP 和 P300——以及多模态感知融合的整合。这些发展共同提高了感知的自然性和交互效率……**CRediT 作者贡献声明**马英雪：撰写——初稿撰写，可视化，概念化。李玉林：撰写——初稿撰写，概念化。张思荣：撰写——审阅与编辑，可视化。梁兰清：撰写——审阅与编辑，可视化。李光宇：撰写——审阅与编辑，可视化，资源获取，资金获取，概念化。**利益冲突声明**作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文所报道的工作。马英雪 | 李玉林 | 张思荣 | 梁兰清 | 李光宇