眼睛就是一架活照相机。许多动物的视觉器官都有一个能够感光的暗室内腔,还有一个能够活动的小孔,让光线从中射进去,通过“透镜”在网膜上成像。
人眼虽然比较复杂,但它的基本原理和透镜成像原理相似。眼球里的晶状体很像一个凸透镜。晶状体和前面的角膜之间充满着无色透明的水样液。晶状体和视网膜之间是玻璃体。通过睫状体,可以调节晶状体,改变它的焦距,使我们看清远近不同的物体。
视网膜是一层布满了神经末梢的神经纤维层,里边有上亿个感光细胞。当物体的像落到视网膜上以后,感光细胞感到了光的强弱和色彩,通过神经传给大脑,我们便看到了那个物体。
如果物像不能准确落在视网膜上,我们就看不清物体了。
全世界大约有1800万双目失明的人,生机勃勃的世界,在他们眼里只是一片漆黑。大多数的盲人,脑子里的神经并没有损坏,只是眼睛没有办法成像了。近来,虽然出现了声纳眼镜、激光手杖,但那只是盲人的助手,并不能在盲人的脑海里映出图像来。
20世纪四五十年代,有个叫佛尔斯特的德国医生,在给病人作枕骨手术时刺激了病人的视神经,使病人感到有光点出现在眼前。他又刺激管视觉的大脑皮层,病人又感到有光点出现在眼前。那么,能不能用仪器去刺激神经,使盲人产生视觉呢?
大家知道,当视网膜上的感光细胞感光以后,它们就把信息通过神经纤维送到了大脑,人便产生了视觉。盲人的眼珠或视网膜坏了,接收不到光信息,也就看不见了。如果用电子仪器代替眼珠,把光信息送到大脑皮层视觉区,人不就看到东西了吗?
1967年,一位双目失明的护士接受了科学家大胆的试验,在她的大脑皮层视觉区放置了80个电极的硅胶片。当电讯号输送进去以后,她“看”到了光点。
人们继续实验,把电视摄像机的导线和盲人的视觉中枢小心地连接起来,盲人看到了摄像机所摄物体的简单轮廓。
科学家们开始设计“电子眼”了。他们把电极用手术植入6名盲人志愿者的脑中,配上电视摄像机、电脑和专用的刺激电路。这些盲人竟可以识别简单的图形和少许字母了。
没有眼珠的盲人识出了字母,鼓舞了许多医生和科技工作者,人们提出了各种“人工视觉”的方案。
80年代初,有一种方案研制成功。这种方案能使盲人识别字母;装在眼窝内的固态电视摄像机摄取图像,由装在眼镜架上的微电子电路加以处理,经处理的图像信号经过永久粘在皮肤上的界面连接器送到植入脑中的电极中,在脑中就形成了字母的光幻觉。当时埋入脑中的只有64个电极。
后来,科学家又在盲人脑中埋置了一块带有512个铂电极的聚四氟乙烯薄片,并且输入了带有景物信息的电信号,盲人产生了立体的光点知觉。这套新的电子眼珠系统要复杂和先进得多了,但是仍然满足不了盲人的要求。因此,目前的电子眼珠还没有达到实用化、普及化的阶段。
要使电子眼珠实用化,还有一系列的难题,例如要防止电子系统植入人体以后产生的副作用,要改善微电子电路的可靠性;还要降低这种装置的成本……更重要的是,人们还需要进一步弄清有关视觉的原理。因此,有人认为电子人工视觉的实用化还要经过几十年的努力,不少难题要靠今天的少年一代去解决呢!