还记得

　　经典科幻剧《无敌金刚》中

　　那个拥有超能力的仿生人吗？

　　他的仿生眼不仅能让他看清远处的物体

　　还拥有红外视力

　　这个在上世纪70年代看似天方夜谭的科幻设定

　　如今正在中国科学家的实验室里变为现实

　　《无敌金刚》中的“仿生眼”

　　2025年6月6日凌晨，复旦大学和中国科学院上海技术物理研究所的联合团队在《科学》杂志上发表了一项突破性成果：

　　他们研发的“超视觉”假体，不仅让失明的实验动物重获光明，还赋予了它们感知红外光的神奇能力。

　　这项技术是如何实现的？

　　它又将如何改变我们对视觉修复的认知？

　　蝌蚪五线谱连线采访了研究团队的王水源研究员，让我们一起走近“仿生眼”的神奇世界。

　　视觉修复之路：用植入体代替感光细胞

　　要理解这项技术的革命性意义，我们首先需要了解人类视觉系统的工作原理。

　　在我们眼睛的视网膜上分布着数百万个感光细胞，它们就像微型的光电转换器，将进入眼睛的光信号转化为电信号，再通过视神经传递给大脑，最终形成我们所看到的图像。

　　然而，当视网膜色素变性、黄斑变性等疾病发生时，这些感光细胞会逐渐死亡，使患者失明。

　　据统计，全球有超过2亿人正遭受着光感受器退化的痛苦，他们的世界陷入了永恒的黑暗。

　　传统的视觉修复技术类似“眼球穿线手术”，通常需要通过特制电线穿过眼球，在视网膜上植入电极阵列，依靠外部供电来刺激视网膜上残存的神经元。

　　简单来说，就是用人工电极来代替感光细胞工作。

　　例如全球首个获美国FDA和欧洲CE认证的“仿生眼”设备Argus II，这套系统需要患者佩戴特殊眼镜，当眼镜上的摄像头捕获图像后，信号处理器会将图像信息转化为电信号，通过植入的电极阵列刺激视网膜，帮助患者感知到术前无法识别的光点和简单形状。

　　显然，这种侵入式的治疗手段存在着明显的局限性：

　　创伤较大、视觉效果粗糙、需要随身携带笨重的外接设备，这些都给患者的日常生活带来了诸多不便。

　　因此，中国科学家们决定另辟蹊径。

　　复旦大学集成电路与微纳电子创新学院的周鹏/王水源团队、脑科学研究院的张嘉漪/颜彪团队，以及中国科学院上海技术物理研究所的胡伟达团队，组成了一个跨学科的联合研究团队。

　　他们将目光投向了一种特殊的材料——碲（Tellurium）。

　　碲是一种相对稀有的半金属元素，在元素周期表中位于硫和硒的下方。

　　虽然在日常生活中并不常见，但它却拥有着独特的光电特性：

　　能有效捕获包括红外辐射在内的光线，且无需额外设备即可将红外光转化为电信号，完美复现了健康视网膜中光感受器细胞的工作机制。

　　材料创新突破：碲纳米线网络的神奇力量

　　正是基于碲元素的这一独特禀赋，研究团队开启了一场微观世界的“编织”之旅。

　　他们制备出了厚度仅为150纳米的碲纳米线（相当于人类头发丝直径的千分之一），并将这些纳米线编织成了一个精密的网状结构，即“碲纳米线网络”（TeNWNs），用以取代视网膜上凋亡的感光细胞。

　　王水源研究员对蝌蚪君表示，研究团队主要从材料与器件的仿生设计、神经刺激的时空精准性及多层次神经功能验证三个关键环节进行把控，使得TeNWNs假体产生的电信号能够被视网膜神经细胞准确接收并转化为视觉感知。

　　由于材料特殊性，当TeNWNs假体接收到光信号后，会自发产生高密度的光电流，达到不同维度纳米材料下的最高光电流水平，能够更有效地激活视网膜上残存的神经细胞，从而产生更清晰、更稳定的视觉信号。

　　同时，它就像一个小型的太阳能电池，无需任何供电设备，只要有光就能自主运行。

　　更令人兴奋的是，这种材料的光谱响应范围极其广泛，从470纳米的蓝光一直延伸到1550纳米的近红外二区，覆盖了从可见光到红外光的范围。

　　这是目前国际上光谱覆盖最宽的视觉重建技术，远远超越了人类天然视觉系统380-780纳米的感知范围。

　　王水源告诉蝌蚪君：“让使用者能够感知红外光信号，正是“超视觉”假体设计阶段就明确预期的核心功能之一。”

　　研究团队清晰地认识到，拓展人眼可见光谱范围（特别是向红外波段延伸）具有巨大的潜在实用价值，而夜间或低光照环境的应用正是其重点考量的场景之一。

　　让假体使用者具备红外视觉能力，可以显著提升他们在这些挑战性环境下的空间感知、避障和导航能力，这对于行动辅助、夜间救援等场景意义重大。

　　相比之下，传统的人工视网膜设备厚度通常在微米级别，而新开发的碲纳米线假体厚度降低了10倍以上。

　　这种超薄的设计不仅减少了植入时的创伤，也大大提高了设备与生物组织的兼容性。

　　严格验证：从实验室到临床

　　任何一项医疗技术从实验室走向临床应用，都必须经过严格的验证过程。

　　TeNWNs假体除了顺利通过细胞离体实验验证外，还在动物实验中验证了其有效性。

　　研究团队先后对失明小鼠及食蟹猴开展了实验。

　　受试动物不仅瞳孔对光反射显著恢复，其视觉皮层（大脑视觉中枢）也对光线产生明确反应。

　　在图形识别测试中，TeNWNs假体成功激活了失明小鼠视网膜神经节细胞（RGC）的空间感受野，表现几乎与正常小鼠无异，表明假体具备重建接近天然的神经空间编码能力。

　　此外，植入TeNWNs假体后，受试小鼠能够探测到正常小鼠不可见的红外LED光源，受试食蟹猴也获得了感知红外光的能力。

　　这意味着这项技术不仅能够修复受损的视觉功能，还能够增强正常的视觉能力，让使用者拥有超越哺乳动物天然视觉极限的“超视觉”。

　　安全可靠是走向应用的关键。

　　好消息是，在长达半年的观察期里，无论是小鼠还是食蟹猴，它们的身体都很好地接纳了这个“新伙伴”，没有出现不良的排异反应，植入体与视神经之间的信号传递也始终稳定可靠，表明这种材料具有良好的长期生物相容性。

　　尽管目前由于医学伦理的限制，研究暂时不会进入到人体试验阶段，但这一技术的前身——该团队于2023年研发的“基于二氧化钛纳米线阵列的人工光感受器”已完成多次临床试验。

　　我们期待着，随着技术的不断优化，这项突破性的视觉修复技术能够为失明患者带来更多复明的可能。

　　值得一提的是，中国在全球碲产量中占据主导地位，为此项技术的产业化提供了得天独厚的资源优势。

　　目前，碲主要应用于太阳能电池板、半导体和热电设备等领域，而神经视觉植入体有望进一步拓展这一战略资源的应用价值。

　　脑机接口新时代：从修复到增强的技术革命

　　这项碲纳米线视网膜假体技术，通过视网膜下微创植入的纳米线网络，在视神经与外部世界之间架起了一座高效桥梁。

　　这正是广义脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）的突破性实践——绕开传统BCI所需的开颅电极植入，以更安全、高效的方式实现了“机器信号-神经反馈”的闭环。

　　在全球范围内，视觉恢复研究也正通过脑机接口技术不断取得进展。

　　例如Elon Musk的脑机接口公司Neuralink所研发的“盲视”（Blindsight），旨在通过植入式设备绕过视神经，直接刺激大脑视觉皮层以恢复盲人基础视觉功能；又比如香港科技大学工程学院团队所研发的仿生眼EC-Eye，不是用植入物代替感光细胞，而是尝试构建一整个眼球结构。

　　视觉修复技术的发展正在为不同类型的视力障碍患者带来希望。

　　从视网膜假体到皮层刺激，从部分视力恢复到多光谱感知，每一项突破都在拓展着人类对视觉重建可能性的认知。

　　与这些方案相比，碲纳米线技术兼具“修复”与“增强”的功能，其核心优势——宽光谱响应、零偏压自供电、高生物相容性及高效神经接口特性——使其在神经疾病治疗、智能传感等多个前沿领域具有突破性应用潜力。

　　王水源表示，未来团队也会进一步研究探索，以TeNWNs技术为平台，延伸出更多的领域应用。

　　这项来自中国科学家的突破性研究，将纳米技术、神经科学与材料科学完美融合，为我们展示了科学技术改变人类命运的无限可能。

　　正如研究团队所展望的：“如果说脑探针的方式还是在间接探索大脑，那我们未来的目标，就是让电子器件更直接地感知大脑，真正地理解大脑。”

　　这种理念预示着，未来的脑机接口技术将不仅仅是简单的信号传输，而是要实现人脑与电子设备的深度融合。一个充满光明的未来，正在向我们招手。

　　参考资料：

　　1.https://news.fudan.edu.cn/2025/0606/c31a145706/page.htm

　　2.https://mp.weixin.qq.com/s/7VWg98Sx7ql2rRsCjWnqcg

　　3.https://interestingengineering.com/innovation/china-scientists-tellurium-restore-vision-mice

　　4.https://en.wikipedia.org/wiki/Blindsight_(Neuralink)

　　5.https://actu.epfl.ch/news/a-retinal-implant-that-could-give-artificial-visio/

　　6.https://eye-see-mag.com/en/high-tech/the-ec-bionic-eye/

　　来源：科普中国

供稿人：科普部

审核人：科普部