《視網膜假體中人工視覺最小信息需求及其最佳化研究》是依託上海交通大學，由柴新禹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：視網膜假體中人工視覺最小信息需求及其最佳化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：柴新禹
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
視網膜假體是一種通過微電流刺激視網膜神經節細胞修復視覺功能的人工器官，為盲人復明帶來了希望。但是，在目前的臨床初期實驗階段，仍面臨諸多問題亟待解決，最為關鍵的問題之一是在有限數量電極刺激只能誘發有限離散光幻視點的前提下，如何通過視網膜假體向植入者提供最有用的視覺信息、使盲人獲得最佳的視覺感受？因此，基於認知科學和信息科學交叉研究人工視覺的最小信息需求及其最佳化具有非常重要的意義。本申請課題擬開展基於觸覺感知的仿真光幻視空間特性研究及模型最佳化；在此基礎上研究仿真假體視覺下的物體與場景圖像識別，研究基於視覺注意機制的圖像處理策略，提高假體視覺任務完成效率；研究不規則仿真光幻視陣列下的中文閱讀規律及其漢字的最優表達方法，提高中文閱讀效率；比較研究假體視覺與正常視覺下選擇性注意機制的異同，探索有限像素下選擇性注意和漢字識別的皮層加工機制。通過這些研究旨在為視網膜假體的信息處理與編碼奠定理論基礎。
結題摘要
視網膜假體是當今國際上對視網膜色素變性和老年黃斑變性患者進行視覺功能修復的研究熱點。該人工裝置使用體外攝像頭和圖像處理單元進行採集和處理圖像信息，並經皮無線傳輸至體內植入的微電流刺激器中，經過解碼後將攜帶外界圖像信息的刺激脈衝載入到微電極陣列上，對視網膜神經元進行刺激，從而產生人工視覺。目前，最新臨床表明：植入者能獲得一定的視覺感知，完成一些簡單的視覺任務。然而，由於受到製造工藝及生物安全性的限制，刺激電極數量十分有限，導致植入者僅能獲得低視敏度的視覺感受。此外，由於視網膜解剖結構的複雜性、刺激電極之間的電場串擾等問題，視野中誘發的光幻視還存在不規則現象，影響了植入者的視覺感受。如何改善假體植入者的視覺感知，已成為當前視網膜假體研究中的關鍵問題之一。 本課題圍繞人工視覺中的最小需求及其最佳化表達，相繼開展了以下研究：（1）不規則光幻視陣列下的漢字表達最佳化：針對光幻視扭曲對中文語段閱讀有顯著影響的問題，創新提出了能夠顯著改善被試閱讀能力的扭曲校正算法，為視網膜假體中的中文信息處理編碼提供了重要的理論基礎；（2）不規則光幻視陣列下的物體識別及眼手協調：研究發現：光幻視陣列的解析度、灰度級、扭曲和缺失是影響假體植入者物體識別和眼手協調的主要因素，為視網膜假體的圖像處理策略研究提供重要的實驗依據；（3）改善完成視覺任務的圖像處理策略：針對不同的視覺任務，使用最佳化的圖像處理（運動、人臉檢測）策略能顯著改善植入者的視覺感知，提高完成視覺任務的能力；（4）基於視覺注意模型的圖像處理策略：視覺注意模型能有效提取場景中的重要物體，通過不同的增強策略後能夠改善被試的物體識別能力，為視網膜假體中的圖像處理提供重要的理論基礎；（5）假體視覺的認知機制和皮層回響規律：視網膜電刺激的頻率、脈寬能夠顯著影響皮層回響，研究首次發現了電刺激視網膜會引起視皮層負回響，為理解電刺激視網膜誘發的皮層回響規律奠定了重要的基礎。
