人工视觉辅助系统：现状与展望

通过视觉获取图像信息是人类学习和生活的重要功能,失明则会显著降低其生活质量. 因视网膜色素变性、青光眼和黄斑变性等疾病而造成后天失明者,以及由意外事故、战争等造成眼部创伤者,有可能通过人工视觉辅助系统的帮助恢复部分视觉,或者完成复杂的生活任务. 一些盲症患者视觉通路的神经传导剩余部分依然有功能,因此可以借助电极阵列刺激视神经向大脑传递视觉信息,也可在大脑视觉皮层贴敷电极阵列的方法输入视觉信息. 此外,还能借助体外装置,如通过人工智能将视觉转换成语音指令、触觉阵列编码等,帮助盲症患者获得环境信息. 本文综述各类人工视觉辅助系统的现状,展望其发展趋势,并提出了新的植入器件与随身体外装置的新设想.     

通过触觉编码和声音为视力障碍者提供远程虚拟陪伴

目的 现有的人工视觉装置分为植入式装置和体外辅助装置两种,但它们都有一些不足之处。植入式装置需要手术植入、会造成不可恢复创伤;体外辅助装置指令相对简单、应用场景较为单一、过于依赖人工智能（AI）的判断不能提供足够的安全性。本文提出了一种将周边环境信息转化成头颈部触觉指令、并辅助以语音交互的系统,其有效性、安全性、信息量等均优于现有体外辅助技术,同时也具有低成本、低风险、适合多种生活和工作场景等优势。方法 该系统借助最新的远程无线网络通讯技术、芯片技术,利用前方人员随身佩戴的微小型电子设备、摄像头和感应器,以及云端庞大的数据库和计算能力,后台人员可以实时、充分地远程（比如跨越城市）了解前方的现场景象、环境参数和人员状态等信息,通过对比云端数据库和内存数据库、AI辅助识别和人工综合分析,快速获得最合理的行动方案,并将行动指令及时传给前方人员,实现盲人导航功能。同时,也用语音互动对话提供人文关怀、情感寄托。结果 本文首次提出了“远程虚拟陪伴概念”,并演示了相应的硬件和软件以及多种生活场景下的测试效果。除了可以实现基础的导航功能,比如帮助视觉障碍人群完成在超市购物、咖啡厅寻座、街道行走,以及完成更加复杂的拼图、日常娱乐打牌功能,还可以满足骑行等速度相对快的移动指令要求。结论 实验结果表明,这种“远程虚拟陪伴”装置适用大量场景和需求,不仅可以用于视觉障碍人群出行、购物、娱乐,也可用于陪伴老人出行、辅助野外探险或旅行等,具有广泛的发展和应用前景。     

脑机接口：现状，问题与展望

本文综述现有脑机接口技术的最新发展，并讨论这些脑机接口技术的局限和存在的问题，如高估人类个体大脑的功能、对大脑信息存储方式缺乏了解等. 基于大脑信息存储的“二维码”模型，我们认为目前的脑机接口技术方案仅适用于一些简单的应用场景，如了解受测者的情绪变化、生命活动的状态，以及控制体外器械等，而无法通过脑机接口技术获取脑内诸如记忆与思考等信息的精准细节. 我们也提出，向大脑输入信息的脑机接口技术有较大的发展空间，比如发展具有多种调控效果、物理和生化技术结合的深脑刺激装置，有可能广泛应用于抑郁症、癫痫等脑疾病的治疗，以及应用于短期脑力的增强. 本文对于目前的脑机接口研究领域具有一定的警示和启发意义.     

视网膜周边视野人工成像研究

目的 对于中心视力受损的人群，新型人工视觉系统可以将简化后的图像投射到视网膜上黄斑区以外的区域，从而帮助他们利用周边视觉感知信息。本文探究周边视野的感知特征，为植入式光学人工视觉系统的图形编码设计提供依据。方法 设计了探索周边视野感知特征的实验环境，向被试施加符号、数字、汉字的图案刺激，并控制刺激的大小、颜色组合、偏离角度、运动情况。用图形化的方法分析感知能力与各变量的关系。结果 周边视野的感知能力随偏离角度增大而下降，其趋势分为两个阶段，且受颜色组合、大小的影响明显。结论 研究结果提供了感知识别率较高的变量组合，为人工视觉系统的光学投影、眼内光学植入装置、特殊通信彩色符号编码开发等“人机结合”新技术提供重要的实验依据。     

一种基于可穿戴器件触觉感知信息的盲人虚拟视觉导航系统

目的 全球视力受损或失明人数已超2亿，长期以来各类人工视觉系统被广泛研究。人工视觉系统的研发主要有两种技术路径，第一种是各类植入式人工视觉装置，第二种是各类非植入式、可穿戴装置。本文展示了一种非植入式、基于可穿戴头部触觉激发装置的系统原型，能够帮助盲人和视觉障碍者完成行走等复杂任务。方法 该系统采集受试者周边环境图像信息并无线传输到后台，操作人员分析处理图像信息后，将指令以触觉编码形式无线传输到头套等可穿戴装置，由驱动电路激发多点位头部触觉，从而为受试者提供准确的行动指令。系统并辅助以语音信息，让其了解更多道路状况和环境信息。结果 用原型系统对5名（2男3女）在读大学生健康志愿者和1名年轻盲症患者（男）进行实验。结果表明，原型系统充分利用了头部对前后左右的天然区分能力和对触觉的快速反应，具备直行、左右调整、转弯等明确指令功能。受试者对指令的响应时间约0.5 s，直线行走约7 m距离的偏差量标准差平均值相比未佩戴装置的情况下降低到（16±10）cm。结论 该系统可隐蔽、准确地提供环境图像信息，有效帮助视觉障碍人士完成行走、避让障碍物、上台阶、进入咖啡厅等公共场所、桌上取物等日常活动，达到了预期目标。今后对原型系统作进一步完善，特别是小型化、智能芯片化，把触觉装置制成颈环、腰带、手环、脚环等，将能够广泛应用于盲人出行辅助、夜间野外旅行、深海潜水等多种工作场景。