賴淑蘭，李永昌
高雄師範大學特殊教育研究所
摘要
人工電子眼是目前眼科熱門的研究領域。本文探討了 John Hopkins-NCSU、MIT-Harvard、及Dobelle 等三種人工電子眼的發展模式。其中只有 Dobelle 模式宣稱已商品化，但只能讓患者在植入後看到「光幻視」。且所有適合植入人工電子眼的對象均為「後天失明者」。本文亦從現階段已上市人工電子眼的效果、適合植入人工電子眼的視障族群、 以及視障教育的省思等項目探討電子眼對視障教育的可能衝擊。視障教育如果涵蓋「教育所有視障的人口」，那麼在這一波人工電子眼的發展中必不可缺席；且特殊教育需進一步延伸出重建諮商的專業領域來服務這些後天失明者。
關鍵字：人工電子眼、視障教育
一、前言
在過去，眼科對於視網膜發生病變的患者，諸如黃斑部退化症(Macular Degeneration)及視網膜色素變性(Retinitis Pigmentosa, 簡稱 RP)，幾乎束手無策。傳統方法就只能利用放大鏡、望遠鏡等光學輔具加強殘餘視力。
近年來，電子眼成為相當新且熱門的眼科研究領域。電子眼的原理是將外界影像的光訊息，藉由攝影機、影像處理、光電訊號轉換後變成電訊號，傳入眼睛內的植入器，植入器解碼後釋出適當樣式的電流，刺激殘留的視網膜神經細胞，引發視覺。近來很多學者投入以電代光的研究。在視覺的傳導路徑中，神經纖維較集中的幾個地方，包括視網膜、視神經、與枕葉皮質等處，都有人嘗試以電來刺激。[1,2]
目前，已有許多國家及企業投入電子眼的開發及研究。以下將簡介John Hopkins-NCSU、MIT-Harvard、Dobelle 等三種模式。前二種模式仍在研發階段，研發地點在美國；而 Dobbelle 模式則已商品化，其手術在葡萄牙里斯本的一家醫院進行。
鑑於人工電子耳對聽障教育所發生的影響，本文也嘗試探討人工電子眼對視障教育的可能影響及對特殊教育的可能衝擊。探討項目包括現階段已上市人工電子眼的效果、適合植入人工電子眼的視障族群、 以及視障教育的省思。期盼特教界能將研究服務延伸至重建諮商領域，以協助後天致殘者得到最佳的重建效果。同時，視障教育中的專業人員能發揮專業知能提供後天失明者更優質的服務。
二、人工電子眼簡介
1. John Hopkins-NCSU 模式
視網膜是眼球內複雜的神經組織，最外層為感光部分，中層為調節部分，內層則為視覺傳導部分。感光細胞如錐狀體極感狀體負責感應光訊息，藉由神經傳導物質將感應之訊息傳導至中層的兩極細胞。兩極細胞再將調節後的訊息傳給內層的神經節細胞，經由神經節細胞連結的視神經傳入腦內，由枕葉大腦皮質的視覺神經中樞解讀。[3]
黃斑部病變患者主要影響的是視網膜中的感光細胞，兩極細胞及神經節細胞較不受影響。而由視網膜色素變性患者的病理切片發現當感光細胞退化殆盡時，其兩極細胞及神經節細胞還各有 80% 及 30% 的殘餘細胞。[1]所以眼科專家嘗試利用這些殘餘細胞發揮傳導視覺的作用，以走捷徑的方式越過感光細胞，直接光線轉換成電流，以電極直接刺激視網膜內層殘餘的神經節細胞。
在一系列的研究中發現以電刺激眼盲病人的視網膜神經節細胞可以產生光覺。這些病人在手術室接受局部麻醉後，清除玻璃體，再把細長的電極板伸入眼內，輕觸視網膜後再行放電刺激。病人可以看到光點，且可正確的指出電極移動的方向。實驗也証實病人不但可以有光覺，還可以分辨刺激的形狀。[2]
圖一：John-Hopkins-NCSU 電子眼架構
如圖一，John-Hopkins-NCSU 電子眼的原理就是藉由攝影機、影像處理、光電訊號轉換技術將外界的光訊息變成電訊號。經過無線電傳入眼睛內的植入器。植入器解碼後，放出適當型式及大小的電流刺激殘留的視網膜神經細胞引發視覺。其原理和已經商品化上市的電子耳類似。[4]
不過，在將電極板長期植入眼睛以前，必須考慮人體對異物的排斥反應。此外，尚有一些困難亟待解決：第一是如何將電極板固定在轉動快速的眼球內，且要非常貼近只有一公厘厚的視網膜來刺激它卻又不會傷害它；二是如何設計出有效且安全的電刺激形式，產生出有用、複雜的影像光覺。對前者，電極板的固定方面，目前已嘗試網膜釘、生物膠、及磁鐵等材料。對後者則已實驗將白金電線伸入老鼠眼內，結果發現單一方型電波效率最高，同時發現不同深度的大腦皮質對電的反應也不相同。雖然有很多困難尚待解決，然樂觀者認為在五年內電子演的原型機種就會問市。[1]
2. MIT-Harvard 模式
不管動物或人類的實驗進展如何，一些生理層次的問題引起了實驗者的注意。例如：五十微米厚的多種胺塑膠所製的植入電極板邊緣有如剃刀一般銳利；在植入之前電極板需以矽塗裹並彎曲成視網膜之弧度；眼球突然轉動時可能損及視網膜，意味著植入電極板需要使用薄且有彈性的材料等。 MIT-Harvard 電子眼計畫的研究人員正測試各種材料的可用性，例如以在人體內更不易腐蝕的低密度塑膠包裝植入電極板。如圖二， MIT-Harvard 電子眼使用電腦晶片技術設計電子介面。此電子眼包含一波長 820nm 固定方向的雷射微小電源和一輸出振幅可調節雷射光束的微型 CCD 攝影機。 攝影機內的信號處理微晶片會轉換視覺資訊成為雷射光束載送的電子數碼。電源及攝影機都鑲嵌在一太陽眼鏡上。植入電極板部分包含一光極板和一產生刺激訊號的微矽晶片，兩者如三明治般包夾著一薄而有彈性的多種胺帶狀物的一端，帶狀物之另一端設有刺激視網膜之電極。雷射光束照射再光極板時不但產生電源同時啟動刺激晶片，刺激晶片再指引帶狀物另一端貼合再視網膜上的電極產生電流。此植入器係貼合在視網膜前端，因此可啟動神經節細胞產生視覺信號傳送至視神經及視覺皮質。[5]
圖二：MIT-Harvard 電子眼架構
3. Dobelle模式
葡萄牙的杜貝爾研究所(Dobelle Institute Lda.)宣佈，他們的「人工視覺」已成為商業化的產品。他們報告了分別在六個國家的八個案例，而兩年之前，他們已報導過把這種人工視覺的原型植入了兩位病人的體內。與前兩種模式不同者在於植入器直接刺激大腦皮質。[6]
如圖三，患者要戴上一副像太陽眼鏡的東西，其中安裝有一微型攝影機，微型電腦和刺激物安放在一個特殊皮袋中或佩戴在腰帶上。整套裝置固定在一個類似消防龍頭並埋植在顱骨中的微小植入器上，該植入器使兩個電極與負責視力的大腦皮層相連。
圖三：Dobelle 人工視覺
八名患者的手術都是在葡萄牙進行的，因為美國食品和藥品管理局還不允許人工視覺在美國本土上運用。在八名失明人的雙眼植入的十六套系統均產生表現十分良好的「光幻視」(phosphenes)，即由刺激腦部所產生的閃光。八名病人中的四位報告，他們的光幻視呈現斑爛的色彩。這套裝置的設計本來是著眼於定向行動。
遺憾的是，人工視覺不能幫助先天性失明或童年時因視力受損而失明的人，因為這些患者負責視力的大腦皮層發育不夠。而在成年後失去視力的人，他們能記得應怎樣看東西，借助於人工視覺來瞭解自己周圍的事物。
三、現階段人工電子眼的探討及未來展望
電子眼的實驗已進行了視網膜刺激時神經節細胞反應的研究和植入器所需的各種相關技術。雖然近期內對動物及人體實驗已顯示電子眼可傳送視覺信號到腦中，卻無法證明人腦可使用對盲人有幫助的方式來處理這些信號。理想的電子眼應可在傳送資訊前先對輸入信號進行類似視網膜之運作。未來要進行的工作包括對病患做短期植入實驗，測試電刺激兩、三小時後再以手術將植入器取出。 John Hopkins-NCSU 電子眼計畫的終極目標是發展出一能與生理相容的植入器，以確保長期使用的安全性。[7]
由各文獻顯示： 1. 現階段電子眼只能讓病患有「光覺」及感受到物體的形狀和移動的方向。而已經商品化的電子眼，病患僅能看到「光幻視」；2. 電子眼價格昂貴， Dobelle 模式的電子眼價格定為美金 9 萬 8 千元，折合新台幣約 330 萬元； 3. 適合植入電子眼的對象為後天失明的視障者。
四。電子眼對視障教育可能的影響
1. 已上市人工電子眼的探討
來自葡萄牙的杜貝爾(Dobelle)於2000年6月13日在美國紐約希爾頓酒店的美國人造體內器官協會(American Society for Artificial Internal Organs)第48次會議中，報告他的最新研究進展。他還補充說：「隨著我們的科技改進，成本下降，點字將成為多餘的，手杖將成為多餘的，連引路犬也要失業了，就如飛機代替汽船一樣。」
從這段發表中，特教界不禁要深思：點字、手杖和導盲犬真的在未來將因為科技的進步而消失嗎？在視障教育的領域中，手杖、導盲犬均是用來協助視障者「行」的輔具，而點字則是用來增強視障者的閱讀及寫作的能力。也就是說，杜貝爾博士有把握他所研發的人工視覺能夠完全幫助視障者克服閱讀、書寫和定向行動的障礙。
但我們從文獻中發現，杜貝爾博士所領軍的團隊目前僅能讓患者看到「光幻視」(phosphenes)。所謂光幻視當然不同於一般正常的視覺。根據研究報告顯示，病患的視覺傳導路徑在經過適當的電流刺激後，視覺中樞可正確的感受光的位置及樣式，讓病患具有偵測物體移動方向及邊緣的能力。
讓我們回顧一下 Dobellle 模式：病人戴著的眼鏡上，鑲嵌了一套微型電視攝影機，把影像傳送到裝在腰帶上的微型電腦，影像數據經微型電腦處理並決定啟動那一條電極，控制啟動器也是裝在腰帶上。啟動器的電線透過「經過皮膚的基座」--釘鑽在顱骨的電極棒裝置而進入頭部，這些電極棒連接著大腦裡的視覺皮質。由此我們不禁要質疑，在這個模式下，電流所激發出來的光幻視究竟能夠讓病患「看」到什麼呢？失明者植入此模式的電子眼後真能如杜貝爾博士所說的那樣， 完全不需要手杖、點字、導盲犬來協助克服讀寫、定向行動的障礙嗎？
2. 人工電子眼的視障族群
我們必須注意一個很重要的訊息， 那就是目前的人工電子眼適合植入的對象均為「後天失明者」。John Hopkins-NCSU 及 MIT-Harvard 模式的適用病患為視網膜色素變性患者和黃斑部退化症患者。而 Dobelle 模式到目前為止的手術對象均為因意外而失明的人。
眼科學的領域我們得知視網膜的桿狀體及錐狀體分別是夜間與白天視覺的主要單元。不同的疾病將導致桿狀體及錐狀體受損。桿狀體及錐狀體組成感光部分的光受體(photoreceptor)是信號傳輸至視覺神經的主要介質。在美國每四千人至少有一名視網膜色素變性患者，視網膜色素變性是遺傳上光受體功能的喪失。黃斑部退化症起因於視網膜隨年齡萎縮，係世界上人類眼盲最常見的因素。視網膜損害會帶來人類視覺無法回覆的有害衝擊。因此，美國的視網膜色素變性患者積極的組成了 RP Foundation Fighting Blindness 呼籲產、官、 學界投注心力來研究解決之道。從研究者目前所得的資料顯示除了美國外，日本及德國也投入大量經費和人力來研究人工電子眼。
一般來說，視網膜色素變性患者的發病年齡均在童年時即已開始，但其特徵在早期並不明顯。病患發病初期，他的視野會開始縮小（桿狀細胞開始退化），慢慢的連中央視力也受損（錐狀細胞退化）。女性平均約在 50 歲即會完全失去視力（視網膜上的桿狀及錐狀細胞失完全退化）。男性約在 60 歲變成全盲者。而黃斑部退化症發病的主要原因乃是視網膜上最靈敏的黃斑部隨著年齡的老化而退化，造成視網膜上的桿狀、錐狀細胞萎縮而失去視力。此病患者約在 60 歲左右開始發病，真是所謂「髮蒼蒼、視茫茫、齒牙動搖」的老人。
當我們嘗試著要探討人工電子眼對視障教育可能的影響時，我們必須了解人工電子耳對聽障教育的影響是不同於人工電子眼對視障教育的影響。因為人工電子耳的植入對象很多是先天失聰者，且其植入時間很多是在嬰、幼兒時期。
3. 視障教育的省思
美國對於後天失明的視障者除了積極研發視障輔具如人工電子眼、雷射手杖、語音系統的各式電腦軟體、...等，在他們的特殊教育系統外還有「重建諮商」教育系統來幫助後天失明的人。也就是說，一個美國公民，不論他是在人生的那個階段失明，他均會有機會被教育。同時，在美國各地設立「重建中心」來幫助後天失明者適應視障的生活。美國一位曾主持過重建中心的神父特別著作了「迎接視茫茫世界」一書[8]，詳細說明了後天失明者可能遇到的各種困境（其中包括同時喪失二十多種能力的可怖經歷），及應如何幫助後天失明者有效的由「視覺建構的世界」進入另外一個「非視覺建構的世界」。他在文中特別強調這種適應過程的重大困難。因為一個人在適應了用視覺來過生活以後，他的其他感官知覺如：嗅覺、觸覺、聽覺、味覺、本體覺、運動知覺、...等並未有機會被充分的訓練。在他失明之後，他需要嘗試用其他的感官知覺來設法彌補視覺的喪失，這就有如一隻從小被飼養的寵物，突然被放逐到原始森林一樣。有鑑於此，再加上 RP Foundation Fighting Blindness 的強大力量，後天失明者在美國得以被適當的安置及重建。
台灣視障人口依內政部 90 年發佈之『障礙者統計年報』顯示，視障者總人數為 41,190，其中先天失明者 6,037 人，疾病失明者 22,837 人，意外失明者 3,054 人，交通事故 935 人，職業傷害 782 人，戰爭 371 人，其他 7,174 人。[9]從這個數據可看出後天失明視障者的數量明顯高出先天視障者很多。但在我國只有新莊盲人重建院及位於宜蘭之慕光盲人重建院二處來幫助後天失明者，這樣的安排是否足夠？
如果我們將視障教育狹意的界定為「為就學的視障學生所提供的教育」， 那麼人工電子眼的發展對視障教育可能發生的影響有限。 但如果我們將視障教育廣義的涵蓋「教育所有的視障人口」，那麼人工電子眼的發展對視障教育而言是一重要訊息。如何促請產、官、學界共同傳播及宣導更是視障界不可忽視的一環。
鑑於美國對後天失明者的適當安置及再教育，我國的視障教育是否能夠更普及的教育所有視障人口呢？是否可以主動結合政府、產業、醫學界等在人工電子眼研發的階段即已介入，提供教育界的看法。而不是被動的等待人工電子眼的上市然後才來思考因應的教育方向。
以目前人工電子眼的技術，顯然它無法取代自然的眼睛。對於一些有能力安裝人工電子眼的家庭（新台幣 330 萬元），如果他們決定要為其後天失明的家人植入人工電子眼，視障教育者可能需要為他們在手術前先做「功能性視覺評估」[10]，其中包括：近距離視覺、固定視覺、遠距離視覺、視覺敏銳、視野、掃描、眨眼、搜尋、追跡、遠近調適、色覺、變識、手眼協調等視覺能力。在進行完成植入手術後，同樣的評估項目再評估一次，如此可正確的知道病患在植入前後的視覺狀況。這樣的資料不但可以幫助視障教育者找到好的教育方法來協助他日後的新生活，同時這資料也可以幫助醫界及產業界了解人工電子眼的實際效果。
成為一位後天失明者是一件非常不幸的事，他需要家庭、社會、國家以及產、官、學各界的通力合作來協助其過一種新的生活方式。在人工電子眼的發展如火如荼的展開之際，視障教育者可否扮演諮商者(counselor)、協調者(coordinator)以及顧問(counsultant)的角色，為後天失明者在事前提供心理諮商，協助其先克服成為失明者的驚慌。[11]進一步提供各樣輔具（如人工電子眼等）的資料以及各重建中心的服務項目來協助他做判斷是否要做植入手術。最後，不管這位後天失明者是決定要進入重建中心學習過盲人生活或選擇作植入人工電子眼的手術，視障教育者也能發揮協調者的角色，幫助他找到最合適安置學習的中心或最合宜的醫療院所進行手術。事實上，在美國已經開始如此施行中，而這門專為「後天致殘者」服務的特殊學門稱為「重建諮商」(rehabilitation counselling)。
五。結語
藉著醫學、電機資訊、及材料科學界的投入，人工電子眼的研究得以起步。我們樂於見到視網膜色素變性、黃斑部退化症的患者以及因意外而導致失明的人可能在未來有重見光明的機會。只是，當人工電子眼的技術還未完全成熟前，視障教育者如何發揮其教育的功能，協助後天失明者在我國有較好的資訊來做正確的判斷。同時我們也殷切期盼特教界能延伸出重建諮商的專門領域來服務中途致殘者。目前，高雄師範大學特殊教育系設有重建諮商組，據聞明年彰化師範大學將設立重建諮商研究所。希望在不久的將來，重建諮商人員的專業可以普及到每一位中途致殘者的身上，同時也因著科技的進步，後天失明者有更優質的人工電子眼可以使用。
參考資料
[1] 陳世真，徐正雄，”電子眼的發展和應用”，臨床醫學，47:279-283, 2001.
[2]
[3]>http://www.irp.jhu.edu/project/index.htm
[3] 傅祖慶校閱，林富美譯，”蓋統生理學 - 生理及疾病機轉”，華杏，1990.
[4]
[5]>http://www.icat.ncsu.edu/projects/retina/
[5] J. Wyatt and J. Rizzo, “Ocular Implants for the Blind”, IEEE Spec. 33:47-53, 1996.
[6]
[7]>http://www.dobelle.com/index.html
[7] [8]>http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_1999_Groups/Vision_Team/epi-retinal.htm
[8] 王育瑜譯，”迎接視茫茫世界”，雅歌，1998.
[9]
[10]張千惠，”功能性視覺評估”，台灣師範大學特殊教育系。
[11]>http://www.moi.gov.tw/W3/stat/home.asp
[10]張千惠，”功能性視覺評估”，台灣師範大學特殊教育系。
[11] R. Roessler, S. Rubin, “Foundations of the vocational rehabilitation process, 5th ed.”, Austin, TX:PRO-ED, 2001.
