211service.com
Dekodowanie ludzkiego oka
Sztuczne siatkówki są już w badaniach klinicznych na ludziach na Uniwersytecie Południowej Kalifornii, gdzie pomogły niewidomym pacjentom odróżnić ściany od drzwi, a nawet oglądać mecze piłki nożnej, aczkolwiek jako zamazany ruch. Jednak przybliżenie normalnego widzenia – i prawdopodobnie umożliwienie ludziom czytania – będzie wymagało urządzeń, które mogą dostarczać prąd elektryczny z dużo większą kontrolą i precyzją. Nowy chip gęsto wypełniony elektrodami, opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz (UCSC), to pierwszy krok w tym kierunku.
Stanowisko testowe: Układ 512-elektrodowy (złoty okrąg), wzorowany na detektorach używanych do wychwytywania cząstek w fizyce wysokich energii, pomaga odszyfrować kod neuronowy siatkówki. Odkrycia pomogą w projektowaniu przyszłych protez siatkówki.
Obecnie wykorzystywany w badaniach chip może stymulować i rejestrować pojedyncze komórki w próbkach siatkówki. Technologia zapewni wgląd w to, w jaki sposób siatkówka koduje informacje i jak naśladować to kodowanie – to lekcje, które będą kluczowe w opracowywaniu nowej generacji implantów siatkówkowych. W dalszej części drogi niektóre wersje technologii mogą być wykorzystywane do przesyłania informacji wizualnych nerwem wzrokowym.
Mówi się, że siatkówka jest bardzo wyrafinowanym urządzeniem do przetwarzania informacji wizualnych Alan Litke , fizyk z UCSC, który wykorzystuje swoją wiedzę w neurobiologii. Aby ludzki pacjent zbliżył się kiedyś do normalnego funkcjonowania wzroku, takiego jak czytanie, musisz mieć bardzo dokładny poziom kontroli.
Siatkówka to cienka warstwa komórek w tylnej części oka; Fotoreceptory w siatkówce wykrywają światło i wysyłają sygnały do komórek zwojowych siatkówki, które następnie przekazują je do mózgu przez nerw wzrokowy. W zwyrodnieniu plamki żółtej i barwnikowym zwyrodnieniu siatkówki, dwóch głównych przyczynach ślepoty, komórki fotoreceptorowe są uszkodzone, ale pozostałe komórki zwojowe siatkówki pozostają w dużej mierze nienaruszone. Sztuczne siatkówki, które wykorzystują zewnętrzną kamerę do przechwytywania informacji wizualnych, składają się z procesora, który tłumaczy te informacje na kod elektryczny zrozumiały dla komórek nerwowych oka oraz z chipa usianego maleńkimi elektrodami, które przesyłają sygnały elektryczne do siatkówki komórki zwojowe.
Multimedialne
Zobacz obrazy sztucznej siatkówki i jej wpływ na widzenie.
Litke i jego współpracownicy zamodelowali swój chip na podstawie detektorów z mikrochipami krzemowymi, które układają linie superzderzaczy, aby wychwycić oznaki nieuchwytnych, wysokoenergetycznych cząstek subatomowych, takich jak bozon Higgsa. Korzystając z powszechnych technik wytwarzania układów scalonych, naukowcy zbudowali na zamówienie ponad 500 elektrod i wzmacniaczy na małym szklanym pasku. Dostępne są inne komercyjne, wieloelektrodowe systemy rejestracji, ale zespół z UCSC naprawdę pchnął tę technologię do przodu, opracowując system z możliwością rejestrowania znacznie większej liczby odpowiedzi neuronowych, mówi Matt McMahon, naukowiec z Jasnowidzenie , firma z siedzibą w Sylmar w Kalifornii, która opracowuje protezy siatkówki używane w badaniu USC. Second Sight wykorzystuje urządzenie Litke do informowania o projektowaniu przyszłych protez. Urządzenie pierwszej generacji firmy miało 16 elektrod, urządzenie drugiej generacji, które jest obecnie testowane na ludziach, ma 60, a wersja z 200 elektrodami jest w trakcie opracowywania. (Patrz Implanty siatkówki nowej generacji).
Dzięki urządzeniu UCSC naukowcy mogą precyzyjnie kontrolować poszczególne komórki zwojowe siatkówki, co będzie kluczowe w implantach nowej generacji. Jednym z powodów, dla których protezy poddawane obecnie testom na ludziach mają ograniczoną rozdzielczość, jest to, że jednocześnie stymulują setki komórek. (Średnica elektrod jest o rząd wielkości większa niż większości komórek.) Elektrody o średnicy pięciu mikrometrów w chipie Litkego są na równi z rozmiarami komórek zwojowych siatkówki, co pozwala im stymulować poszczególne komórki. Naukowcy wykazali wcześniej, że mogą jednocześnie kontrolować wiele ogniw za pomocą 60-elektrodowej wersji chipa i opracowują wersję z 512 elektrodami.
Teraz, gdy naukowcy stworzyli technologię o tak precyzyjnym poziomie kontroli, używają jej do badania języka siatkówki – języka, który, jak mają nadzieję, ostatecznie będą w stanie mówić protezy. Chociaż siatkówka jest często porównywana do aparatu fotograficznego, w rzeczywistości jest znacznie bardziej skomplikowana. Sygnały świetlne są wychwytywane i przetwarzane w siatkówce; sekwencje impulsów elektrycznych wysyłane do mózgu przez różne i odrębne typy komórek zwojowych siatkówki kodują różne aspekty pola widzenia, takie jak ruch, wzory przestrzenne, kolor. Współczesne protezy używają kodu uproszczonego i tym samym tracą informacje, tak jak alfabet Morse'a traci zniuansowane intonacje słowa mówionego i mimikę osoby mówiącej. Jakie wzorce naprawdę naśladują zachowanie zdrowej siatkówki? pyta Alexander Sher, asystent naukowy w UCSC, który współpracuje z Litke. Jeśli dojdziesz do punktu, w którym możesz stymulować poszczególne komórki i wiesz, jak poszczególne komórki kodują informacje, możesz to dokładnie lub prawie dokładnie zasymulować.
Naukowcy z Second Sight twierdzą, że wnioski wyciągnięte z tych badań będą miały kluczowe znaczenie dla rozwoju protez nowej generacji. Jednak przekształcenie urządzenia naukowców UCSC w implant pasujący do ludzkiego oka będzie wyzwaniem. Wiele względów technicznych powstrzymuje nas przed przeskakiwaniem do naprawdę małych elektrod, mówi McMahon. Będzie to wymagało dalszego rozwoju elektroniki, opakowań i oprogramowania.