嘴里含着一根棒棒糖，就能让盲人看见

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用舌头代替眼睛来看见。（图片来源：https://doi.org/10.1016/s0006-8993(01)02667-1）

有这样一群科学家和工程师，他们坚信盲人用舌头，就能重新看见。

撰文 | 王怡博

审校 | 栗子

1979年，美国神经科学家Paul Bach-y-Rita按下了人生的重启键。当时，他已经在眼部肌肉及神经方面建立了很高的声誉，并且在美国史密斯·凯特威尔眼科研究中心（Smith Kettlewell Eye Research Institute）有一份全职工作，手头上还有100多万美元的研究资助。但是，他决心离开这个研究中心，并把多年来的心血拱手相让，然后在美国圣克拉拉谷医疗中心的康复科开始了第二轮的住院实习，长达约4年。

他这么做的一个主要原因在于，他想要找到一种代替眼睛看世界的方法。自1963年起，他就开始在大脑中设想并最终动手建造了一套触觉替代视觉系统（tactile vision substitution，TVSS），但这套装置被研究中心的其他同事戏谑为成人“玩具”，而且，“我们（Bach-y-Rita和工程师Carter Collins）被认为是疯狂的梦想家。”Bach-y-Rita写道。

如果翻开Bach-y-Rita几十年研究生涯内的论文和书籍，会发现他一直在大声地呼吁：“你不是在用眼睛看这个世界（You don’t see with the eyes）！”他是神经可塑性的坚实拥护者，并且有一个“离经叛道”的想法：即使是天生的盲人，经过训练和练习，也能重新获得视觉信息，或者说重新“看见”。不过，这不是经由眼睛这个器官，而是通过其他感觉系统（如皮肤）来实现的。

脑细胞在互相“找朋友”。（图片来源：Twitter）

如果抛开诗情画意，大脑“看见”的其实是神经活动（电脉冲）模式。Bach-y-Rita想到，如果失去了视觉系统（如盲人），那么用其他感觉系统替代眼睛，以此将图像转化成大脑可以理解的神经活动模式，再通过训练，使大脑对这些模式赋予意义，这不就是“看见”吗？于是，Bach-y-Rita基于神经可塑性提出了感觉替代（sensory substitution）理论。

由于最初申请不到资助，他们只能从其他实验室的废品中找来一把废弃的牙科椅，一台旧的电视摄像机和一副鱼眼镜头，然后在研究中心一间弃置的实验室里，把这些看起来似乎毫无关联的物件组装了起来。而这套用废品搭起来的装置甚至在1969年登上了《自然》（Nature）杂志。

Bach-y-Rita最初设计的感觉替代系统（图片来源：https://www.mdpi.com/1424-8220/19/15/3404）

用后背就能看见？

在房间的正中央，那台笨重的电视摄像机被固定在三脚架上，它实时拍下的图像会沿着几股电线传到牙科椅背面的金属网格上——这张网格拥有400个振动尖端，这些尖端会随着图像的变化而产生不同的振动模式，并被坐在牙科椅上的盲人的背部神经感知到。就像透过眼睛的图像被视神经感知到，进而传递到大脑一样，盲人背部上的神经冲动也会以一定的模式传递给大脑。

对于科学家第一次招募的6名盲人受试者来说，20~150小时的训练就像回到了婴儿时期，重新开始认识世界。他们从学习如何分辨竖直线、水平线、对角线和曲线开始，然后是识别几何形状，以及一些简单的物品，如电视、杯子和椅子。

坐在那把破旧的牙科椅上，这些盲人进入了一个不同于以往的世界——不再是一片黑暗，而是出现了一个球、门把手、人脸的轮廓、墙角，甚至是闪烁的烛光。

用后背就能看见？（图片来源：https://cmsw.mit.edu/wp/wp-content/uploads/2016/07/Champagne-for-the-Blind-Paul-Bach-y-Rita-Neurosciences-Forgotten-Genius.pdf）

不过，这个新的世界并没有色彩，还非常模糊。这套装置也非常笨拙，尽管后来的牙科椅带上了轮子，可以自由移动，甚至能让盲人自己控制摄像机，调节光圈的大小，但仍不大可能将这套装置推出实验室的大门，以供盲人在生活中使用。另外，后背的敏感性也较低，因此“两点辨别”（two-point discrimination）能力比较差——所谓两点辨别，是指当两根小针同时刺激皮肤时，人能够辨别出刺激来自两个不同的针，而不是同一个。

更重要的是，对当时的学界而言，TVSS可以赋予盲人视觉的想法还是过于大胆。在1969年之后的几年里，尽管Bach-y-Rita一直在尝试寻找合作者来探索TVSS更多的临床用途，但却一无所获。史密斯·凯特威尔眼科研究中心的同事也在劝他丢掉那个“玩具”。于是就有了文章开头的故事。

用舌头试试怎么样？

幸运的是，在1983年结束了康复科的实习后不久，Bach-y-Rita就收到了威斯康星大学麦迪逊分校的邀请，成为那里新成立的神经康复科的负责人。值得一提的是，他还聘请到了几位与他志同道合的科学家和工程师，包括可以称得上是他左辅右弼的工程师Mitchell Tyler和Kurt Kaczmarek。

在这个新的实验室，他仍然痴迷于寻找一种方式，建造足以在现实中使用的感觉替代装置。在接下来的十多年里，他的实验室做出了许多原型。例如，他们试图用比背部更敏感的指尖来传递信息，并且将系统的尺寸缩小到了一个鞋盒的大小。但是，指尖仍然不够敏感，需要施予大电流才能对物体进行有效辨别。另外，手还很容易出汗，汗水必然会影响电脉冲对指尖的刺激，从而降低识物的准确性。

好在，转机终于来了。1995年的一天，Bach-y-Rita兴奋地推开实验室的门，对还在实验室里鼓弄指尖触觉替代视觉系统的Tyler和Kaczmarek说：“我们应该用舌头。”

舌头，尤其是舌尖的触觉敏感性可以与指尖相当。而且，如果我们观察感觉皮层所主管的身体部位，会发现双手与舌头对应着相当大的皮层面积，躯干部分则格外小。

最初，Tyler和Kaczmarek对这个想法并没有什么兴趣，他们仍然忙着优化现有的“指尖”系统。但他们终究拗不过Bach-y-Rita的热情。1997年，研究团队只花了几周的时间，就将系统调整为了舌头显示单元（tongue display unit），包含49个电极。

当工程师Kaczmarek被蒙住眼睛，并把这种电极阵列放在舌头上，试图用舌头“看”面前的图像时，那些电极会在他舌头上嘶嘶作响。但他说，这给他带来了愉悦感而不是疼痛感，就像香槟泡泡在舌头上跳动一样。后来也有人表示，你可以想象一下小时候吃跳跳糖（爆炸糖）时的感受。这不禁让人想到为何舌吻时的触感会带来愉悦。

Bach-y-Rita和同事在训练盲人用舌头看见一个球（图片来源：https://cmsw.mit.edu/wp/wp-content/uploads/2016/07/Champagne-for-the-Blind-Paul-Bach-y-Rita-Neurosciences-Forgotten-Genius.pdf）

更重要的是，与科学家最初担心的相反，湿润的舌头能够保证电极电流的稳定性，从而引发可控的神经冲动。当不同的图形（如直线、曲线）呈现在Kaczmarek的舌头上，并被他辨别出来的那一刻，整个实验室都振奋不已——他们终于找到了最优的感觉替代系统。此后，他们不仅于1998年将这项研究发表在Journal of Rehabilitation Research and Development杂志上，还申请了专利，创办了自己的公司。

但无论如何，他们依然需要四处寻求资助。想象这个场景：面对潜在的投资者，几位科学家不仅慷慨激昂地说：“盲人也能看见！”还表示，那些盲人仅需要把一块电极阵列放到嘴里，然后集中关注舌头上的电脉冲就可以啦。

结果很明显，这个项目难以拿到私人资金。但好消息是，有一些政府机构对此表现出兴趣，从而让研究者们获得了第一个“发薪日”。这样的资助也让他们有机会继续优化现有的装置。比如，把它变得更小、更便于携带，以及更美观——类似于眼镜的发展史，眼镜已经从最初造型奇葩的功能性产品，演变成了如今的时尚装饰品。他们还终于为自己的产品取了一个名字：BrainPort。

更重要的是，BrainPort的舌头显示单元扩大到了144个电极——被分成4个单元，每个单元有36个电极。按照Kaczmarek的说法，每个单元内的电极会以光栅扫描的方式按顺序逐次接受电刺激。光栅扫描是直接由扫描电子显微镜（SEM）演变而来的。

舌头显示单元扩大到了144个电极（图片来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1026309811001702）

就像SEM是在通过扫描成像获取材料样品表面信息一样，在舌头上进行这种扫描也是在试图汲取关于图像的细节。另外，Bach-y-Rita表示，我们的眼睛可以瞬间看到整个场景（并行输入），但其他感觉系统则更善于处理按顺序依次呈现的信息。

把它变成棒棒糖？

现在，研究者们创办的这家公司仍在发展，尽管曾经濒临破产。用舌头触觉替代视觉的BrainPort系统经过不断改进，已于2015年获得了美国食品和药品管理局（FDA）的批准。这是一款类似太阳镜的装置，眼镜的托梁处放置着一台微型摄像机。这副太阳镜还连着一个控制手柄，以及一块邮票大小的舌片（电极阵列）——有人形象地将其描述为“含着一根棒棒糖”。如今，进一步更新后的产品变成了一种可套在额头上的“头带”，它同样含有一台微型摄像机，并连着一块舌片。

不过，这类设备带来的到底是不是一种视觉？或者说，触觉替代视觉的设备是否真的让盲人看见了？Bach-y-Rita几十年来所拥护和坚信的理论成立吗？

其实，Bach-y-Rita已于2006年离世。在那之后不久，由于科学家与公司运营者之间的分歧，Bach-y-Rita研究团队中的Tyler等人，又回到了威斯康星大学的实验室——当时，Kaczmarek仍坚守在那里。根据Bach-y-Rita一直呼吁的神经可塑性及感觉替代理论，Tyler和Kaczmarek继续研究他们基于舌头的设备。

当我通过邮件向Tyler询问，如今他是否还认为盲人可以用舌头“看见”时，他表示，他依然相信Bach-y-Rita所提出的“我们并不是用眼睛看，而是用大脑来看”的观点。遵循这个逻辑，舌头只是代替眼睛来呈现视觉信息，因此，只要大脑依然能够接收这些视觉信息，就可以说是“看见”了。

使用Brainport，Erik Weihenmayer可以看见面前的杯子，与女儿玩游戏，甚至去爬山。（视频来源：Erik Weihenmayer Collection, YouTube）

事实上，盲人从舌头上感知的世界，与视力正常的人看见的并不是完全相同的世界。因此，最初Bach-y-Rita其实给看见加上了引号。但即使是视力正常的人，在大脑的加工之下，每个人看到的就是同一个世界吗？Kaczmarek对我说，当时Bach-y-Rita面对“是否看见”这个问题，也一度挣扎着不知如何回答，但最终决定不加引号，直接称之为看见。

而说起这类触觉替代视觉设备的真实使用体验，就不得不提起Erik Weihenmayer。他是世界上第一个登上珠穆朗玛峰的盲人，因患有青少年性视网膜劈裂症（juvenile retinoschisis，视网膜的神经上皮层劈裂为内外两层），13岁就彻底失去了视力。

2003年，Weihenmayer接受Bach-y-Rita实验室的训练，试用了当时的BrainPort设备，后来也继续使用新的版本。当他戴着BrainPort去爬山时——正如Bach-y-Rita所描述的盲人的佩戴感受——他只是在大脑中思考（看）着面前的景象，甚至都没有注意到自己舌头上发生的事情。更令他无法忘怀的是，BrainPort使他第一次看到了儿子的笑容。

你相信吗，你不用眼睛就能看见？

参考链接：

https://www.nature.com/articles/221963a0

https://www.rehab.research.va.gov/jour/98/35/4/BACH.pdf

https://doi.org/10.1207/S15327590IJHC1502_6

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1026309811001702

https://doi.org/10.3109/00207458309148643

https://doi.org/10.1177/136140968700100202

https://doi.org/10.1142/S0219635205000768

https://doi.org/10.1016/s0006-8993(01)02667-1

https://doi.org/10.1068/p030101

https://cmsw.mit.edu/wp/wp-content/uploads/2016/07/Champagne-for-the-Blind-Paul-Bach-y-Rita-Neurosciences-Forgotten-Genius.pdf