視覺腦機接口簡史：從一個光點到一片世界，一部人工視覺的研究與產業長征史

結論：讓盲人重新「看見」，靠的不是在腦子里塞一塊屏幕，而是學會用大腦自己的語言，把一片世界重新寫進去。這件事聽起來像科幻，但它已經被人類斷斷續續做了兩個半世紀。

一、眼睛壞了，不代表「看見」這件事就沒戲了

視覺是人類最依賴的感官，沒有之一。

但很多人有個誤會，以為致盲就等于「大腦不會看了」。其實大多數情況恰恰相反：壞掉的是眼睛、視網膜或視神經這條輸入通路，而藏在枕葉深處、專門負責處理視覺的那片皮層，往往還活得好好的，隨時可以被點亮。

視覺腦機接口，aka視覺皮層假體（cortical visual prosthesis, VCP）的思路就從這里來：既然眼睛干的活，本質上就是把光轉換成神經電信號再送進大腦，那能不能繞過壞掉的眼睛，直接在視覺皮層里「寫入」信息？

這里要劃個重點，它和大家更熟的視網膜假體不是一條路。視網膜假體修的是眼內感光這一環，前提是視神經還能用；視覺皮層假體直接面向大腦，所以理論上能服務更難啃的病例，比如青光眼、視神經損傷、嚴重眼外傷，甚至某些視網膜方案徹底沒轍的失明類型。

二、第一個光點：從萊頓瓶到枕葉手術臺

故事得從電學剛誕生的年代講起。18 世紀中葉，法國人Charles LeRoy讓萊頓瓶的電流通過一位盲人的身體，對方報告說「看見」了火光般的閃亮。這大概是人類第一次用電「憑空」造出視覺體驗。

但要把這種現象和大腦精確對應上，得等到 20 世紀。1929 年前后，德國神經外科醫生Otfrid Foerster在枕葉手術中電刺激枕極，清醒的患者報告說，正前方出現了一個靜止的小光點。后來Wilder Penfield等人繪制皮層電刺激圖譜，進一步把「刺激皮層的某一點」和「視野里冒出某個光點」牢牢綁定了起來。

圖1 | 經典的大腦皮層功能分區圖。從 19 世紀末開始，神經科學家逐步把運動、感覺、聽覺、語言等功能定位到特定皮層區域，最右后端標注「SIGHT（視覺）」的位置，正是視覺皮層假體想要「寫入」信息的目標地帶。

這種眼睛里沒有真實光線進入、純靠電或磁刺激誘發出來的視覺體驗，有個專門的名字，叫光幻視（phosphene）。視覺皮層假體的第一塊磚，就是從這里壘起來的：只要能穩定地造出光幻視，理論上就能把一堆光點拼成一幅能用的畫面。

三、Brindley 的 80 個電極：第一臺真正的視覺皮層假體

1968 年，是這條路上第一座真正的里程碑。英國生理學家Giles Brindley聯手神經外科醫生 Walpole Lewin，給一位 52 歲、因青光眼失明的女性植入了一套裝置：80 個鉑金表面電極，嵌在一頂貼著她單側枕葉的硅膠帽上，靠頭皮外的射頻線圈隔空供電。

效果是真有：激活不同電極，患者會在視野的不同位置看到對應光點，幾個光點湊一塊，她甚至能認出簡單圖形。今天回頭看，這套系統當然糙得很，通道少、電流大、設備笨重、手術創傷也不小。但它砸實了一件極其關鍵的事：外部信息，確實能被翻譯成大腦讀得懂的電刺激。

這就是后來所有視覺皮層假體的原點。技術路線在變，電極材料在變，算法在變，但最初那個問題一直沒變：怎樣把真實世界的圖像，翻譯成大腦能理解的神經語言？

四、Dobelle 的雄心：第一次商業化，也留下了第一份行業警示

接力棒后來傳到美國人William Dobelle手里。

從 1970 年代起，他系統地在全盲志愿者身上研究光幻視編碼。他報告過一位早在 1978 年就接受植入的志愿者：靠眼鏡上一枚微型攝像頭，外界圖像能被實時轉成皮層刺激，幫他認出大號字母、繞開障礙物，甚至在私人停車場里慢慢「開車」避讓。

圖2 | Dobelle 團隊的早期工作。左上為植入電極陣列的顱骨 X 光片，右側為不同電極在視野中誘發的光幻視空間分布，下方附一張盲文編碼表作對照。光幻視的位置并不規整，這正是后來「大腦不是屏幕」一節要解決的難題。（圖據 Dobelle, Mladejovsky & Evans, Nature, 1976）

這幾乎是人工視覺第一次真正「出圈」。它告訴大眾：皮層假體不只是讓人看幾個沒意義的閃光，還可能撐起導航和簡單識別。

但 Dobelle 的故事也給整個行業上了另一課。高昂的成本、手術風險、有限的效果，再加上長期維護和監管責任，最終讓這條商業化道路走不下去。技術演示可以讓人熱血沸騰，但醫療器械一旦進了患者的日常生活，需要的是長期負責、可維護、可升級的系統。這條警示，二十多年后依然沒過時。

五、從「趴在表面」到「扎進皮層」：猶他陣列的范式轉變

早期電極大多「趴」在皮層表面，離真正要刺激的神經元還隔著一層。1990 年代以后，猶他電極陣列（Utah Electrode Array, UEA）把方向往前推了一大步：在一小塊基底上豎起約 100 根微針，直接扎進皮層，湊到目標神經元跟前。

好處很直接：所需刺激電流更低，空間選擇性更好，電極之間的相互干擾也有機會壓下去。說白了，人工視覺開始從「粗暴地電一下大腦表面」，升級成「更精細地跟神經元對話」。

圖3 | 植入人類枕葉視覺皮層的 96 通道猶他電極陣列。A 為陣列與微針結構，B 為植入位置，C 為視覺分區與視野拓撲定位，D、E 顯示電極阻抗與神經信號在長達數月時間里的穩定性。這套數據是「皮層內微刺激能否長期安全工作」的關鍵證據。（圖據 Fernández et al., J Clin Invest, 2021）

2021 年，Eduardo Fernández團隊在一位失明 16 年的志愿者 V1 區植入了 96 通道猶他陣列。志愿者不光能分辨明暗，還能認出一些簡單形狀和字母。這項工作的分量不只在「看到了字母」，更在于它證明了：在人類視覺皮層做較長期的皮層內微刺激，安全性和有效性是能同時往前邁一步的。

六、為什么科學家反復強調：大腦不是一塊 LCD 屏幕

看到這兒，很多人會自然冒出一個樸素想象：一個電極就是一個像素，電極越多畫面越清楚，將來堆到一萬通道，不就能在腦子里點亮一整塊屏幕了嗎？

這個想象很誘人，但基本是錯的。過去二十年視覺皮層假體最大的認知升級，恰恰就是我們終于不再把視覺皮層當成一塊能逐點點亮的 LCD，而是把它當成一個有分工、有脾氣、還會挑時機的活體網絡。

說人話，就是三件反直覺的事：

其一，電極不是像素，皮層會「挑食」； 其二，盲人看到的字母常常不是「拼」出來的，而是「畫」出來的； 其三，同樣一股電，有時能被看見，有時卻被大腦當噪聲直接過濾掉。

下面一條條拆。

反直覺之一：電極不是像素，皮層會「挑食」

視覺皮層不是一張均勻的白紙。不同區域、不同神經元群有非常明確的偏好：有的更在意顏色，有的更在意面孔，有的更在意位置、方向、運動或空間結構。你刺激誰，誰就按自己的「人設」說話。

美國貝勒醫學院Yoshor團隊和北京大學王茜團隊，分別在 2008、2009 和 2020 年的一系列人體電刺激研究里，提出了一條很關鍵的規律，叫知覺匹配選擇性（perception matches selectivity）。意思是：當你刺激一個功能上已經被識別的視覺區域，患者產生的光幻視特征，往往會和這群神經元本來的選擇性對上號。

圖4 | 早期視覺皮層也帶「顏色偏好」。對紅綠、藍黃、黑白三類視覺刺激，V1/V2 不同觸點的高頻伽馬響應存在顯著差異，說明顏色信息在早期視皮層就已經有功能特異性，并不只是一片「低級黑白點陣」。（圖據 Wang et al., Brain Stimulation, 2020）

刺激顏色相關區域，患者看到的可能不是普通白光，而是帶顏色、甚至類似彩虹的體驗；刺激面孔識別區，患者甚至會在空無一物處「看見」一張扭曲的臉，也就是所謂facephene。國內團隊后來更進一步證明，哪怕在常被想象成「低級黑白點陣」的早期視覺皮層，電刺激誘發的顏色知覺也能和局部神經選擇性匹配上。

把目光從 V1 往視覺層級（visual hierarchy）上游移，高級視覺皮層的刺激已經顯示出更具體的內容效應：斯坦福的Parvizi 團隊 2012 年刺激梭狀回面孔選擇區，使受試者眼前真實人臉發生特異性扭曲；匹茲堡卡內基梅隆的Ghuman和李遠寧 等 2016 年的研究則發現，刺激左側中梭狀回會產生文字和字母的幻覺和錯覺，刺激左側腹內側顳葉還能誘發與當前圖像相聯的記憶樣視覺體驗。這提示未來或可把早期與高級視覺區結合起來，沿視覺層級協同刺激，讓人工視覺不只「點亮」，還獲得形狀、類別乃至意義。

這對產業的啟發非常直接：未來的視覺皮層假體不能只盯著「有多少個點」，還得搞清楚「每個點是個什么樣的點」。一個電極誘發的，可能根本不是標準圓點，而是不同大小、形狀、亮度、顏色、閃爍和運動傾向的人工知覺。

反直覺之二：盲人看到的字母，是「畫」出來的，不是「拼」出來的

既然電極能造光點，那同時點亮 10 個電極，盲人是不是就能看到一個由 10 個點拼成的正方形？臨床現實給所有人來了一記悶棍：多個電極同時刺激時，電場疊加加上皮層網絡的相互作用，常常把光幻視攪成一團，復雜圖形根本「拼」不出來。

圖5 | 與其「拼」字母，不如「畫」字母。A、B 對比靜態與動態觸覺刺激，C、D 對比靜態電刺激與動態電流轉向：同時點亮多個電極只會得到一團模糊，而讓刺激點按筆順在皮層上移動，受試者就能順暢讀出字母「Z」。（圖據 Beauchamp et al., Cell, 2020）

Yoshor 團隊 2020 年發在Cell的工作給了一個特別聰明的解法，叫動態串聯刺激與電流轉向（dynamic current steering）。核心思路是：別同時點亮一堆像素，而是在皮層上按時間順序「移動」刺激點，就像深夜里用一支手電筒在空中快速畫出一個愛心。

結果很有啟發性：無論健視者還是盲人，幾乎不需要大量訓練，都能比較好地讀出 C、W、U 這類字母。這意味著，人工視覺的核心競爭力不只是硬件通道數，更是編碼策略。你怎么把圖像「寫」進大腦，可能比你有多少個電極更重要。

反直覺之三：同樣一股電，大腦有時讓你看見，有時直接扔掉

做人工視覺的人都撞見過一個看著挺「靈異」的現象：物理參數完全相同的近閾值電刺激，受試者有時報告看見了光幻視，有時卻啥也沒看到。難道大腦在隨機拋骰子？

2024 年，北京大學方方-王茜團隊聯合三博腦科醫院欒國明團隊，在一篇Brain Stimulation研究里抓住了一位 V1 微絲電極患者的罕見機會，逐個對比「看見」和「沒看見」的試次。答案很清楚：電刺激能不能轉化成主觀視覺意識，和刺激到來前一刻 V1 的基礎神經活動有關。

如果刺激前局部神經元自發放電更活躍，同時 theta 和 gamma 頻段呈現特定的興奮模式，同樣的電脈沖就更容易沖破意識閾值；反過來，大腦正處在低興奮狀態時，這股電就更可能被當成背景噪聲過濾掉。

這等于直接改寫了 VCP 的設計哲學：假體不能再是單向地往大腦「灌電」，而要變成雙向智能閉環系統。下一代設備得先實時「聽」一下大腦此刻的狀態，再決定什么時候刺激、用多大電流、刺激哪一組電極。

七、2024—2026：閉環、AI 編碼和人工知覺地圖正在合流

最近幾年的進展，基本都在兌現上面這三條邏輯。

第一，雙向閉環正從設想走進人體實驗。Fernández 團隊 2025 年在Science Advances報告了盲人受試者中的「記錄 + 刺激」工作，嘗試用神經信號來預測和控制光幻視的出現。也就是說，假體開始不只是個輸出設備，而是能讀懂一點大腦反饋的交互系統。

第二，自發神經活動正被用來繪制人工知覺地圖。2026 年，Roelfsema 與 Fernández 等團隊利用獼猴和人類視覺皮層的自發活動，大規模推斷「刺激」和「人工知覺」之間的對應關系。這相當于給假體提供了一張「照著大腦自己的偏好下筆」的底圖。

第三，AI 正在把整條鏈路一起優化。從可微分光幻視仿真器，到端到端學習安全刺激參數，再到用 actor-model 框架學習視覺感覺編碼，趨勢都指向同一個方向：未來的視覺皮層假體不會靠醫生和工程師手動調參，而會在神經生理約束下，用算法去搜最優刺激方案。

八、產業賽道：Orion、Gennaris、ICVP、Neuralink，以及中國團隊

進入 21 世紀 10 年代后，視覺皮層假體開始從實驗室走向產業，分出幾條并行路線。Second Sight 的Orion走的是覆蓋視覺皮層的表面電極路線，早期可行性研究顯示部分受試者在日常生活中確實得到了一些幫助；但 Second Sight 和它旗下 Argus II 后來的維護困境，也成了行業最著名的倫理警示之一：植入式設備不能只管「裝進去」，還得管十年、二十年的維護、升級和責任。

圖6 | 2018 年 2 月，Second Sight 宣布全球首例 Orion 皮層視覺假體植入手術在 UCLA 完成。Orion 走的是覆蓋視覺皮層表面的電極路線，是視覺皮層假體從實驗室邁向產業化的標志性事件之一。（圖據 Second Sight 公開新聞稿）

澳大利亞莫納什大學的Gennaris嘗試無線化、瓦片式多電極設計；美國伊利諾伊理工的ICVP探索無線漂浮微電極陣列；西班牙 CORTIVIS / Fernández 團隊則持續推進皮層內微刺激的人體研究。這些路線合起來說明一件事：視覺皮層假體早就不是單篇論文里的奇想，而是一個正在成形的工程賽道。

真正把「通道數」推到大眾眼前的，是Neuralink的Blindsight。它計劃用機器人植入大量柔性電極絲，把攝像頭圖像編碼成皮層刺激。這里得清醒一點：FDA 的「突破性器械」認定并不等于已經證明安全有效，初期視覺分辨率大概率也會很低。但它的意義在于，把視覺皮層假體的討論從幾十、幾百通道，一把推進到了千、萬通道的時代。

中國團隊也在并跑。一方面，復旦大學團隊在視網膜假體路線上展示了「復明」前沿的材料與器件創新；另一方面，北京大學腦機團隊在侵入式視覺皮層假體、微創電極、癲癇患者電刺激驗證、視覺編碼模型和國產高通道芯片上多線推進，正在拼出一條中國自己的技術路線。對這個方向來說，真正稀缺的從來不是某個單點技術，而是人類視覺皮層數據、神經編碼模型、長期安全電極、低功耗芯片和臨床轉化能力的系統整合。

九、為什么說它是腦機接口的「珠峰」

視覺皮層假體之所以難，是因為它一口氣踩中了腦機接口里最難的幾個問題。

第一，是一張高度失真的地圖。視野到視覺皮層并不是等比例投影。中央凹在皮層上占的「地盤」遠超它的物理面積，整張拓撲圖被高度放大、折疊、扭曲。所以電極在皮層上排得再整齊，也不代表誘發的光點在視野里就排得整齊。編碼系統得先讀懂這張失真的地圖。

第二，光幻視不是像素。單個電極誘發的知覺，可能有不同的位置、大小、形狀、顏色、亮度和時間動態，有時一個電極還會誘發好幾個光點，有時持續刺激下知覺還會衰退。把這些「不聽話」的知覺組織成穩定可讀的畫面，需要遠比傳統顯示器復雜的編碼策略。

第三，是通道數和長期穩定性。真正可用的功能性視覺，很可能需要上千個穩定可控的人工知覺點，而眼下多數系統還停在幾十到幾百通道。與此同時，電極還得在大腦里長期工作，不被膠質瘢痕嚴重包裹，不出現信號衰減、移位或大面積失效。

第四，是雙向閉環與可塑性。大腦不是被動的屏幕，而是會學習、會適應、也會重組的活體網絡。后天盲、先天盲、不同病因、不同視覺經驗的人，視覺皮層狀態可能完全不同。未來的假體必須高度個體化，還得把刺激、記錄、AI 編碼和康復訓練放進同一個閉環里通盤考慮。

十、所以，到底能不能復明？

如果「復明」指的是像健康人那樣看到高清、彩色、連續、穩定的自然世界，那現階段還遠遠沒做到。任何把它包裝成「馬上讓盲人重見高清世界」的說法，都得非常謹慎地對待。

但如果「復明」指的是讓一部分盲人獲得可用于定位、導航、識別大號字母、感知簡單輪廓，并在未來逐步擴展到顏色、運動和復雜形體的功能性人工視覺，那答案是：這條路已經被一次次人體實驗真實推進過，而且正在進入閉環和 AI 編碼的新階段。

真正的瓶頸，從來不只是電極數量，而是我們對大腦視覺編碼規律的理解深度。誰能把功能特異性、動態繪圖、預刺激狀態、雙向閉環、AI 編碼和長期安全硬件，整合進同一臺設備，誰就更接近那把鑰匙。

從 LeRoy 的一瞬火光，到 Foerster 的枕葉光點；從 Brindley 的 80 個電極，到 Dobelle 的導航演示；從猶他陣列讀出字母，到 Neuralink 把通道數推向千、萬級；從國外團隊的長期探索，到中國研究者在人類顱內電生理、視覺編碼和產業轉化上的加入，這從來不是一個「突然爆發」的故事，而是一場跨越兩個半世紀的接力。

人類離真正攻克盲人視覺重建的那一天，還有不少硬骨頭要啃。但方向已經越來越清楚：不是在大腦里裝屏幕，而是學會用大腦自己的語言，重新寫入一片世界。

參考文獻：

? Brindley GS, Lewin WS. The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex. Journal of Physiology. 1968.

? Dobelle WH. Artificial vision for the blind by connecting a television camera to the visual cortex. ASAIO Journal. 2000.

? Murphey DK, Yoshor D, Beauchamp MS. Perception matches selectivity in the human anterior color center. Current Biology. 2008.

? Murphey DK, Maunsell JHR, Beauchamp MS, Yoshor D. Perceiving electrical stimulation of identified human visual areas. PNAS. 2009.

? Parvizi J, Jacques C, Foster BL, et al. Electrical Stimulation of Human Fusiform Face-Selective Regions Distorts Face Perception. Journal of Neuroscience. 2012.

? Hirshorn EA, Li Y, Ward MJ, et al. Decoding and disrupting left midfusiform gyrus activity during word reading. PNAS. 2016.

? Aminoff EM, Li Y, Pyles JA, et al. Associative hallucinations result from stimulating left ventromedial temporal cortex. Cortex. 2016.

? Schalk G, Kapeller C, Guger C, et al. Facephenes and rainbows: causal evidence for functional and anatomical specificity of face and color processing in the human brain. PNAS. 2017.

? Beauchamp MS, Oswalt D, Sun P, et al. Dynamic stimulation of visual cortex produces form vision in sighted and blind humans. Cell. 2020.

? Fernández E, Alfaro A, Soto-Sánchez C, et al. Visual percepts evoked with an intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex. Journal of Clinical Investigation. 2021.

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? Wang Q, Chen G, Wang X, et al. Prestimulation neuronal activity predicts visual awareness of phosphene elicited by intracranial electrical stimulation. Brain Stimulation. 2024.

? van der Grinten M, et al. Towards biologically plausible phosphene simulation for the differentiable optimization of visual cortical prostheses. eLife. 2024.

? Fernández E, Robles JA. Advances and challenges in the development of visual prostheses. PLoS Biology. 2024.

? Grani F, Soto-Sánchez C, Rodil Doblado A, et al. Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: a step toward a bidirectional cortical visual prosthesis. Science Advances. 2025.

? Lozano A, Chen X, Fernández E, Roelfsema PR, et al. Large-scale mapping of artificial perceptions for neuroprostheses using spontaneous neuronal activity in macaque and human visual cortex. Brain Stimulation. 2026.

? Second Sight / Cortigent / Vivani 關于 Orion 早期可行性研究與后續臨床計劃的公開資料；Neuralink 關于 Blindsight 的公開資料；以及中國相關團隊與企業的公開報道。發布前建議對最新年份、臨床節點與公司狀態做二次核校。

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