以舌頭看世界!感官替代科技幫盲人認路

作者 | 發布日期 2015 年 07 月 02 日 10:24 | 分類 穿戴式裝置 , 醫療科技 follow us in feedly

在所有感官裡,失去視力恐怕是讓人最慌張而沒安全感的,這意味著你看不見世界的美好與險惡,生活自理上更是會帶來困擾。以往盲人是藉由手指觸摸來感受物體,出入行走則是靠手杖或導盲犬協助,而現在有一項新的科技發明,卻是藉由舌頭來幫忙盲人看東西,甚至認路。



美國食品與藥品管理局(Food and Drug Administration)近日核可一項醫療器材在本土販售,這是由來自威斯康辛州(Wisconsin)Wicab inc 公司所發明的高科技儀器,稱為大腦端口裝置(BrainPort® V100)。

BrainPort 這個設備很酷炫,它包含一副太陽眼鏡、一個手機大小的控制器以及電子棒棒糖,當使用時,盲人只要戴上眼鏡,將棒棒糖塞進嘴裡,就能辨識物品形狀,或者標誌上的字母,來認明身邊環境。

它的設計是藉由眼鏡內建的微型攝影機抓取影像,並通過纜線傳輸到手持控制器中,控制器會將圖像轉換成低像素的黑、白和灰色影像,區別的方式分別為白色區域產生強烈的電脈衝;灰色區域為弱脈衝,黑色區域則未產生任何脈衝。在裝置末端有個特殊的電子棒棒糖,它和郵票差不多大小卻擁有 400 個小電擊板,使用時,必須將它含著緊貼舌頭,當電脈衝輸入時會依強弱產生震動,配戴者感覺像香檳味,或者像吃跳跳糖一般,而舌頭會將這個刺激信號傳到大腦,並在腦部的「視覺區域」還原成畫面,進而讓盲人可以感受到環境的情況。

此外,BrainPort 還進一步擴充功能,它讓配戴者能自行調整攝影機的光學調焦,因此就能看到遠處或近處的物體;此外,控制器還能調整畫面的對比度或電脈衝的強弱。

 

大腦會建立新的神經路徑

除了裝置就定位,配戴者還必須接受約 25 小時的訊號翻譯訓練,才能分辨周遭物品的大小、形狀和位置。根據美國視力保健和研究組織──燈塔國際(Lighthouse International)的一項計畫,他們招募盲人志願者試用 BrainPort,發現只需經過一天的訓練,受試者就可以看見身邊的物體、他人的動作,甚至是路邊標誌,從此他們的生活品質大為改善,生活中可以輕易找到門、電梯按鈕,吃飯的餐具,甚至閱讀信件。

BrainPort 裝置運作成功的原因,其實和人體生理機制──大腦可塑型(Brain plasticity)有莫大的關係。一般認為,我們之所以能夠看清楚東西,是因為眼睛接受環境的影像刺激,之後數百萬的視覺神經將光學訊號送至視網膜,再經視網膜轉變成神經脈衝傳至大腦,大腦將這種刺激轉換成視覺,因此我們才有看見的感覺。但如果今天這種刺激並不是來自於眼睛,而是舌頭呢,大腦該怎麼去解讀?

人體的奧秘就在於大腦會持續地更新,比如當你學習新的舞蹈或者解決數學問題,腦部會因為這個經驗而建立新的神經路徑,因次下一次遇到同個狀況時,就能快速地重現行為,甚至改寫或複寫這段記憶,這種腦內的運作模式就稱為大腦可塑型。所以當一個人失去知覺,無論是先天或後天性,大腦可塑形特質就更加地被激化,它會建立新的神經路徑來代償殘缺,因此會發現在失明的人身上,聽覺會比較敏銳,失聰的人則對震動感受特別放大。

BrainPort 裝置就是利用大腦學習的特性來教導舌頭看世界,這種科學創新,稱為感官替代科技(Sensory Substitution Technology),意即使用非侵入性科技來創造另一個路徑,將刺激收集傳入大腦供解讀以取代原先缺失的感官,其他發明如將音頻轉換成視覺刺激供盲人解碼的 vOICe;或者一種能將說話者的聲音轉為震動,供失聰者去解讀語意的穿戴式裝置 VEST。

blogs.discovermagazine.com

(Source:discover magazine

www.livescience.com

▲ 圖為將說話者的聲音轉為震動,供失聰者解讀語意的穿戴式裝置 VEST。(Source:live science

然而 BrainPort 的發展可算是感官科技的先驅,早在 1998 年,研究大腦可塑型的神經學專家 Dr. Paul Bach-y-Rita 就已提出感官替代科技並成立公司。一開始產品設計鎖定因中風或內耳疾病以致慢性平衡感障礙的患者,藉由棒棒糖舌板電極提醒他們姿勢的傾斜或者平衡,但這項臨床試驗最終失敗,Wicab 公司幾乎瀕臨破產,直到他們將產品目標轉為盲人族群,且致力於將裝置輕巧簡便化,終於在 2010 年獲得兩筆重要投資,分別是 Google 公司 250 萬美元,以及美國國防部 320 萬美元的投資,這項醫療發明才起死回生,並且在 2013 年於歐洲販售。

令人矚目的是 BrainPort 裝置不便宜,歐洲售價約六千英鎊,美國則約一萬美元,但是它對盲人的生活品質可說是影響巨大,根據 BBC 的報導,一名 13 歲即失明的美國冒險家艾立克(Erik Weihenmayer)在 BrainPort 協助導航下,順利地攀岩攻頂,甚至於平日他能戴上裝置在家和女兒踢足球或者猜拳。

(Source:BBC

而今,新產品通過 FDA 即將在美國本土販售,美國國防部也預計用在軍事用途,以及協助因戰爭導致失明的軍人重返生活,相信這樣的醫療科技產品對於全世界數以百萬盲人而言,會是個令人振奮的新選擇。

(Source:medicaldaily

(首圖來源:discover magazine) 

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