還記得

經(jīng)典科幻劇《無(wú)敵金剛》中

那個(gè)擁有超能力的仿生人嗎？

他的仿生眼不僅能讓他看清遠(yuǎn)處的物體

還擁有紅外視力

這個(gè)在上世紀(jì)70年代看似天方夜譚的科幻設(shè)定

如今正在中國(guó)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

《無(wú)敵金剛》中的“仿生眼”

2025年6月6日凌晨，復(fù)旦大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)突破性成果：

他們研發(fā)的“超視覺(jué)”假體，不僅讓失明的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物重獲光明，還賦予了它們感知紅外光的神奇能力。

這項(xiàng)技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的？

它又將如何改變我們對(duì)視覺(jué)修復(fù)的認(rèn)知？

蝌蚪五線譜連線采訪了研究團(tuán)隊(duì)的王水源研究員，讓我們一起走近“仿生眼”的神奇世界。

視覺(jué)修復(fù)之路：用植入體代替感光細(xì)胞

要理解這項(xiàng)技術(shù)的革命性意義，我們首先需要了解人類視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理。

在我們眼睛的視網(wǎng)膜上分布著數(shù)百萬(wàn)個(gè)感光細(xì)胞，它們就像微型的光電轉(zhuǎn)換器，將進(jìn)入眼睛的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過(guò)視神經(jīng)傳遞給大腦，最終形成我們所看到的圖像。

三種視網(wǎng)膜感光細(xì)胞位置略圖（圖片來(lái)源：維基百科）

然而，當(dāng)視網(wǎng)膜色素變性、黃斑變性等疾病發(fā)生時(shí)，這些感光細(xì)胞會(huì)逐漸死亡，使患者失明。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有超過(guò)2億人正遭受著光感受器退化的痛苦，他們的世界陷入了永恒的黑暗。

傳統(tǒng)的視覺(jué)修復(fù)技術(shù)類似“眼球穿線手術(shù)”，通常需要通過(guò)特制電線穿過(guò)眼球，在視網(wǎng)膜上植入電極陣列，依靠外部供電來(lái)刺激視網(wǎng)膜上殘存的神經(jīng)元。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用人工電極來(lái)代替感光細(xì)胞工作。

例如全球首個(gè)獲美國(guó)FDA和歐洲CE認(rèn)證的“仿生眼”設(shè)備Argus II，這套系統(tǒng)需要患者佩戴特殊眼鏡，當(dāng)眼鏡上的攝像頭捕獲圖像后，信號(hào)處理器會(huì)將圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)植入的電極陣列刺激視網(wǎng)膜，幫助患者感知到術(shù)前無(wú)法識(shí)別的光點(diǎn)和簡(jiǎn)單形狀。

Argus II（圖片來(lái)源：American Academy of Ophthalmology）

顯然，這種侵入式的治療手段存在著明顯的局限性：

創(chuàng)傷較大、視覺(jué)效果粗糙、需要隨身攜帶笨重的外接設(shè)備，這些都給患者的日常生活帶來(lái)了諸多不便。

因此，中國(guó)科學(xué)家們決定另辟蹊徑。

復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院的周鵬/王水源團(tuán)隊(duì)、腦科學(xué)研究院的張嘉漪/顏彪團(tuán)隊(duì)，以及中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)，組成了一個(gè)跨學(xué)科的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)。

他們將目光投向了一種特殊的材料——碲（Tellurium）。

鉀鹽上的碲晶體（圖片來(lái)源：Christian Rewitzer）

碲是一種相對(duì)稀有的半金屬元素，在元素周期表中位于硫和硒的下方。

雖然在日常生活中并不常見(jiàn)，但它卻擁有著獨(dú)特的光電特性：

能有效捕獲包括紅外輻射在內(nèi)的光線，且無(wú)需額外設(shè)備即可將紅外光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，完美復(fù)現(xiàn)了健康視網(wǎng)膜中光感受器細(xì)胞的工作機(jī)制。

材料創(chuàng)新突破：碲納米線網(wǎng)絡(luò)的神奇力量

TeNWNs假體實(shí)物樣品（圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)公眾號(hào)）

正是基于碲元素的這一獨(dú)特稟賦，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了一場(chǎng)微觀世界的“編織”之旅。

他們制備出了厚度僅為150納米的碲納米線（相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的千分之一），并將這些納米線編織成了一個(gè)精密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即“碲納米線網(wǎng)絡(luò)”（TeNWNs），用以取代視網(wǎng)膜上凋亡的感光細(xì)胞。

王水源研究員對(duì)蝌蚪君表示，研究團(tuán)隊(duì)主要從材料與器件的仿生設(shè)計(jì)、神經(jīng)刺激的時(shí)空精準(zhǔn)性及多層次神經(jīng)功能驗(yàn)證三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，使得TeNWNs假體產(chǎn)生的電信號(hào)能夠被視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞準(zhǔn)確接收并轉(zhuǎn)化為視覺(jué)感知。

由于材料特殊性，當(dāng)TeNWNs假體接收到光信號(hào)后，會(huì)自發(fā)產(chǎn)生高密度的光電流，達(dá)到不同維度納米材料下的最高光電流水平，能夠更有效地激活視網(wǎng)膜上殘存的神經(jīng)細(xì)胞，從而產(chǎn)生更清晰、更穩(wěn)定的視覺(jué)信號(hào)。

同時(shí)，它就像一個(gè)小型的太陽(yáng)能電池，無(wú)需任何供電設(shè)備，只要有光就能自主運(yùn)行。

TeNWNs修復(fù)和增強(qiáng)盲人視覺(jué)示意圖及作用機(jī)制（圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)公眾號(hào)）

更令人興奮的是，這種材料的光譜響應(yīng)范圍極其廣泛，從470納米的藍(lán)光一直延伸到1550納米的近紅外二區(qū)，覆蓋了從可見(jiàn)光到紅外光的范圍。

這是目前國(guó)際上光譜覆蓋最寬的視覺(jué)重建技術(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了人類天然視覺(jué)系統(tǒng)380-780納米的感知范圍。

王水源告訴蝌蚪君：“讓使用者能夠感知紅外光信號(hào)，正是“超視覺(jué)”假體設(shè)計(jì)階段就明確預(yù)期的核心功能之一?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)清晰地認(rèn)識(shí)到，拓展人眼可見(jiàn)光譜范圍（特別是向紅外波段延伸）具有巨大的潛在實(shí)用價(jià)值，而夜間或低光照環(huán)境的應(yīng)用正是其重點(diǎn)考量的場(chǎng)景之一。

讓假體使用者具備紅外視覺(jué)能力，可以顯著提升他們?cè)谶@些挑戰(zhàn)性環(huán)境下的空間感知、避障和導(dǎo)航能力，這對(duì)于行動(dòng)輔助、夜間救援等場(chǎng)景意義重大。

TeNWNs光電流密度和光感重建范圍（圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)公眾號(hào)）

相比之下，傳統(tǒng)的人工視網(wǎng)膜設(shè)備厚度通常在微米級(jí)別，而新開(kāi)發(fā)的碲納米線假體厚度降低了10倍以上。

這種超薄的設(shè)計(jì)不僅減少了植入時(shí)的創(chuàng)傷，也大大提高了設(shè)備與生物組織的兼容性。

嚴(yán)格驗(yàn)證：從實(shí)驗(yàn)室到臨床

任何一項(xiàng)醫(yī)療技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用，都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)證過(guò)程。

TeNWNs假體除了順利通過(guò)細(xì)胞離體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外，還在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了其有效性。

研究團(tuán)隊(duì)先后對(duì)失明小鼠及食蟹猴開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)。

受試動(dòng)物不僅瞳孔對(duì)光反射顯著恢復(fù)，其視覺(jué)皮層（大腦視覺(jué)中樞）也對(duì)光線產(chǎn)生明確反應(yīng)。

在圖形識(shí)別測(cè)試中，TeNWNs假體成功激活了失明小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC）的空間感受野，表現(xiàn)幾乎與正常小鼠無(wú)異，表明假體具備重建接近天然的神經(jīng)空間編碼能力。

盲小鼠腦電波圖（圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)公眾號(hào)）

此外，植入TeNWNs假體后，受試小鼠能夠探測(cè)到正常小鼠不可見(jiàn)的紅外LED光源，受試食蟹猴也獲得了感知紅外光的能力。

這意味著這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠修復(fù)受損的視覺(jué)功能，還能夠增強(qiáng)正常的視覺(jué)能力，讓使用者擁有超越哺乳動(dòng)物天然視覺(jué)極限的“超視覺(jué)”。

安全可靠是走向應(yīng)用的關(guān)鍵。

好消息是，在長(zhǎng)達(dá)半年的觀察期里，無(wú)論是小鼠還是食蟹猴，它們的身體都很好地接納了這個(gè)“新伙伴”，沒(méi)有出現(xiàn)不良的排異反應(yīng)，植入體與視神經(jīng)之間的信號(hào)傳遞也始終穩(wěn)定可靠，表明這種材料具有良好的長(zhǎng)期生物相容性。

2023年5月，同團(tuán)隊(duì)第一例人工光感受器植入臨床試驗(yàn)（圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)）

盡管目前由于醫(yī)學(xué)倫理的限制，研究暫時(shí)不會(huì)進(jìn)入到人體試驗(yàn)階段，但這一技術(shù)的前身——該團(tuán)隊(duì)于2023年研發(fā)的“基于二氧化鈦納米線陣列的人工光感受器”已完成多次臨床試驗(yàn)。

我們期待著，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化，這項(xiàng)突破性的視覺(jué)修復(fù)技術(shù)能夠?yàn)槭骰颊邘?lái)更多復(fù)明的可能。

值得一提的是，中國(guó)在全球碲產(chǎn)量中占據(jù)主導(dǎo)地位，為此項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供了得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。

目前，碲主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電池板、半導(dǎo)體和熱電設(shè)備等領(lǐng)域，而神經(jīng)視覺(jué)植入體有望進(jìn)一步拓展這一戰(zhàn)略資源的應(yīng)用價(jià)值。

腦機(jī)接口新時(shí)代：從修復(fù)到增強(qiáng)的技術(shù)革命

這項(xiàng)碲納米線視網(wǎng)膜假體技術(shù)，通過(guò)視網(wǎng)膜下微創(chuàng)植入的納米線網(wǎng)絡(luò)，在視神經(jīng)與外部世界之間架起了一座高效橋梁。

這正是廣義腦機(jī)接口技術(shù)（Brain-Computer Interface，BCI） 的突破性實(shí)踐——繞開(kāi)傳統(tǒng)BCI所需的開(kāi)顱電極植入，以更安全、高效的方式實(shí)現(xiàn)了“機(jī)器信號(hào)-神經(jīng)反饋”的閉環(huán)。

在全球范圍內(nèi)，視覺(jué)恢復(fù)研究也正通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù)不斷取得進(jìn)展。

例如Elon Musk的腦機(jī)接口公司Neuralink所研發(fā)的“盲視”（Blindsight），旨在通過(guò)植入式設(shè)備繞過(guò)視神經(jīng)，直接刺激大腦視覺(jué)皮層以恢復(fù)盲人基礎(chǔ)視覺(jué)功能；又比如香港科技大學(xué)工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的仿生眼EC-Eye，不是用植入物代替感光細(xì)胞，而是嘗試構(gòu)建一整個(gè)眼球結(jié)構(gòu)。

Neuralink研發(fā)的“盲視”（圖片來(lái)源：Neuralink）

香港科技大學(xué)工程學(xué)院研發(fā)的EC-Eye（圖片來(lái)源：香港科技大學(xué)）

視覺(jué)修復(fù)技術(shù)的發(fā)展正在為不同類型的視力障礙患者帶來(lái)希望。

從視網(wǎng)膜假體到皮層刺激，從部分視力恢復(fù)到多光譜感知，每一項(xiàng)突破都在拓展著人類對(duì)視覺(jué)重建可能性的認(rèn)知。

與這些方案相比，碲納米線技術(shù)兼具“修復(fù)”與“增強(qiáng)”的功能，其核心優(yōu)勢(shì)——寬光譜響應(yīng)、零偏壓自供電、高生物相容性及高效神經(jīng)接口特性——使其在神經(jīng)疾病治療、智能傳感等多個(gè)前沿領(lǐng)域具有突破性應(yīng)用潛力。

王水源表示，未來(lái)團(tuán)隊(duì)也會(huì)進(jìn)一步研究探索，以TeNWNs技術(shù)為平臺(tái)，延伸出更多的領(lǐng)域應(yīng)用。

這項(xiàng)來(lái)自中國(guó)科學(xué)家的突破性研究，將納米技術(shù)、神經(jīng)科學(xué)與材料科學(xué)完美融合，為我們展示了科學(xué)技術(shù)改變?nèi)祟惷\(yùn)的無(wú)限可能。

正如研究團(tuán)隊(duì)所展望的：“如果說(shuō)腦探針的方式還是在間接探索大腦，那我們未來(lái)的目標(biāo)，就是讓電子器件更直接地感知大腦，真正地理解大腦?！?/p>

這種理念預(yù)示著，未來(lái)的腦機(jī)接口技術(shù)將不僅僅是簡(jiǎn)單的信號(hào)傳輸，而是要實(shí)現(xiàn)人腦與電子設(shè)備的深度融合。一個(gè)充滿光明的未來(lái)，正在向我們招手。

團(tuán)隊(duì)合影（從左至右：王水源、胡偉達(dá)、張嘉漪、周鵬，圖片來(lái)源：復(fù)旦大學(xué)公眾號(hào)）

參考資料：

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/

作者：劉若冰

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳

審核：王水源 復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院研究員