Jak to jest zobaczyć ponownie ze sztuczną siatkówką?

Elias Konstantopoulos codziennie przez około cztery godziny lub na tak długo, jak opuszcza swoją Argus II proteza siatkówki włączona. 74-letni mieszkaniec Maryland stracił wzrok z powodu postępującej choroby siatkówki ponad 30 lat temu, ale jest w stanie dostrzec pewne rzeczy, gdy włącza bioniczny system widzenia.

Wizja bioniczna: Ten wykrywający światło implant opracowany przez niemiecką firmę Retina Implant zawiera 1500 fotodiod.

Widzę, czy jesteś przede mną i jeśli próbujesz odejść, mówi. Lub, jeśli patrzę na duże drzewo z włączonym systemem, może widzę trochę ciemności, a jeśli na zewnątrz jest jasno i poruszam głową w lewo lub w prawo, widzę różne cienie, które mówią mi, że coś tam jest. Nie ma sposobu, aby powiedzieć, co to jest, mówi Konstantopoulos.

Kamera zamontowana na okularach rejestruje dane obrazu dla Konstantopoulos; dane te są następnie przetwarzane przez minikomputer noszony na pasku i wysyłane do stymulującej neurony macierzy 60 elektrod, która została wszczepiona w jedną z jego siatkówek w 2009 roku.

Prawie 70 osób na całym świecie przeszło trzygodzinną operację implantu siatkówki, który został opracowany przez kalifornijskie Jasnowidzenie i dopuszczony do użytku w Europie w 2011 roku oraz w Stany Zjednoczone na początku tego roku (patrz Bionic Implant Eye Implant zatwierdzony dla pacjentów w USA). Jest to pierwszy implant przywracający wzrok sprzedawany pacjentom.

Obecnie system jest zatwierdzony tylko dla pacjentów z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki, chorobą zwyrodnieniową oka, która pojawia się wokół jedna na 5000 osób na całym świecie, ale możliwe jest, że Argus II i inne sztuczne siatkówki w fazie rozwoju mogą działać u osób ze związanym z wiekiem zwyrodnieniem plamki żółtej, które wpływa jedna na 2000 osób w krajach rozwiniętych. W tych warunkach komórki fotoreceptorowe oka (powszechnie zwane pręcikami i czopkami) są tracone, ale pozostała część szlaku neuronalnego, który przekazuje informacje wzrokowe do mózgu, jest często nadal żywotna. Sztuczne siatkówki zależą od pozostałych obwodów, więc nie mogą działać we wszystkich formach ślepoty.

Wiele grup na całym świecie pracuje nad bionicznymi systemami wizyjnymi, aby zastąpić utracone fotoreceptory. Większość korzysta z kamery, która komunikuje się z wszczepionym chipem, ale różni się liczbą elektrod w chipie i głębokością umieszczenia chipa w siatkówce. Jeszcze inni unikają aparatu ze względu na światłoczułe diody w chipie.

niemiecka firma Implant siatkówki , na przykład niedawno zakończyły testy na ludziach z 1500-pikselowym implantem, który nie jest zależny od kamery, ale zamiast tego bezpośrednio zbiera światło i przesyła te dane do pozostałych neuronów (patrz Microchip Restores Vision ). Matryca fotodiodowa zastępuje fotoreceptory.

Wspaniały widok: Firma Second Sight z Kalifornii opracowała system Argus II, który przesyła dane obrazu zarejestrowane przez kamerę zamontowaną w okularach do implantu siatkówki.

Niektóre osoby ze sztuczną siatkówką potrafią czytać duże litery, widzieć wolno poruszające się samochody lub identyfikować zastawę stołową. Inni pacjenci nie odnoszą żadnych korzyści. Zmienność tę można w niektórych przypadkach przypisać dokładnemu umiejscowieniu macierzy stymulującej neurony w siatkówce cienkiej jak bibułka, a także stanowi pozostałych neuronów i ścieżek w oku każdego osobnika. Ważne jest również to, jak dobrze ludzie mogą nauczyć się obsługi urządzenia i przekwalifikować swój mózg.

Pacjenci będą skanować swoje otoczenie i wykorzystywać swoją pamięć do rekonstrukcji tego, co widzą, mówi Raymond Iezzi , klinicysta-naukowiec, który przeprowadza operacje siatkówki w Mayo Clinic w Rochester w stanie Minnesota. Porównuje strategię skanowania do przeciągania pędzlem po obrazie. Pacjenci muszą wypełnić puste pola, aby połączyć dane wizualne z leksykonem rzeczowników, a to wymaga znacznych zdolności poznawczych, mówi Iezzi.

W najlepszym razie obecny poziom widzenia jest bardzo rozpikselowany. To, co widać, to wybuchy światła zwane fosfenami. To nie jest prawdziwie naturalistyczna wizja, mówi Iezzi. Second Sight twierdzi, że poziom ostrości wzroku Argus II wynosi 20/1260, a Implant Retina twierdzi, że najlepszą ostrością wzroku uzyskaną dzięki temu urządzeniu jest 20/1000. Dla porównania, normalne widzenie wynosi 20/20, a prawny próg ślepoty w Stanach Zjednoczonych wynosi 20/200 (co oznacza, że ​​dana osoba może zobaczyć obiekt z odległości 20 stóp, a osoba widząca z odległości 200 stóp).

To nie przywraca wizji, jak ty i myślę, ale przywraca mobilność, mówi Stephen Rose , dyrektor ds. badań Fundacji Walka ze Ślepotą. Zapewniają kontrast, dzięki czemu ktoś może dostrzec różnicę w świetle i ciemności do punktu, w którym może powiedzieć, jak przejść przez drzwi, mówi. To dopiero początek.

Protezy siatkówki są na etapie implantów ślimakowych sprzed 30 lat, mówi Antoniego Burkitta , reżyser Bionic Vision Australia , konsorcjum naukowców opracowujących system implantów siatkówkowych. Ta technologia przeszła od pomocy w czytaniu z ruchu warg do punktu, w którym dzieci z implantem ślimakowym mogą teraz chodzić do normalnej szkoły, a nawet korzystać z telefonów komórkowych, mówi Burkitt. Teraz wiemy, że implanty siatkówki przynoszą pacjentom korzyści kliniczne i myślę, że w ciągu następnej dekady technologia ta będzie się bardzo szybko rozwijać.

Eksperci są zgodni, że jednym ze sposobów poprawy widzenia zapewnianego przez te systemy jest dodanie większej liczby stymulujących elektrod. Na przykład firma Second Sight planuje przejście z 60 do 240 elektrod w przyszłym modelu.

Ale tysiące pikseli będą prawdopodobnie potrzebne do rozpoznawania twarzy i innych szczegółowych zadań wizualnych, a wiele technologii sztucznej siatkówki będzie miało problem z dotarciem do tak dużej liczby pikseli, ponieważ zależą one od przewodów, mówi. Daniela Palankera , biofizyk na Uniwersytecie Stanforda. Przewody służą do podłączenia zasilacza do elektrod, co wymaga zabiegu chirurgicznego w celu ułożenia połączenia przez gałkę oczną. Aby uniknąć tego ograniczenia, Palanker i współpracownicy opracowują system bezprzewodowy, który przesyła dane obrazu zarejestrowanego przez kamerę wideo do fotowoltaicznego chipa w oku. Zamiast przesyłać widzialne światło do chipa, jego system wykorzystuje światło w bliskiej podczerwieni, które jest przesyłane do elastycznych macierzy małych pikseli w siatkówce. Zespół przetestował system na niewidomych szczurach i obecnie współpracuje z firmą w celu przetestowania urządzenia na pacjentach.

Ale nawet tysiące pikseli jest daleko od miliona, czyli mniej więcej tego, co mamy w naturalnym oku, mówi Shawn Kelly , inżynier elektryk na Uniwersytecie Carnegie Mellon w Pittsburghu. I nawet w tym przypadku siatkówka wykonuje wiele procesów przetwarzania, które będziemy pomijać w przypadku sztucznej siatkówki.

Kiedy fotoreceptory wykrywają światło, przekształcają tę informację w sygnały chemiczne, które stymulują inne typy neuronów, które przetwarzają ruch, kolor i inne szczegóły z sygnałów, a następnie przekazują informacje do nerwu wzrokowego, który łączy się z mózgiem. W zależności od tego, gdzie rozmieszczone są macierze stymulujące, sztuczne siatkówki pominą jedną lub więcej warstw przetwarzania informacji.

Sposób, w jaki łączymy się z układem nerwowym, jest funkcjonalny, ale nie jest naturalny, mówi Kelly. Myślę, że opracowanie sposobów na lepsze widzenie zajmie dużo czasu i nie sądzę, aby kiedykolwiek było to całkowicie naturalne.

Mimo to mózg jest niezwykle elastyczny i może nauczyć się przetwarzać nawet obce informacje. Liczymy na plastyczność mózgu, aby na nowo nauczyć się tego nowego języka stymulacji i zapewnić rozsądne widzenie, mówi Palanker. Zapewnienie, że jest to rozsądne założenie, pochodzi z dziedziny implantów ślimakowych.

Osoby ze sztuczną siatkówką z czasem uzyskują lepsze widzenie. Timowi Reddishowi, 55-letniemu mieszkańcowi Nottingham w Anglii, który stracił wzrok z powodu zwyrodnienia barwnikowego siatkówki, w listopadzie wszczepiono implant Retina i osiągnął imponujące wyniki w kolejnych miesiącach. Przewiduje, że jego umiejętności będą się nadal poprawiać. W warunkach laboratoryjnych Reddish, były pływak paraolimpijski, zdobywca złotego medalu, mówi, że potrafi zidentyfikować sztućce i szkło, a nawet odczytać godzinę na zegarze o wysokim kontraście. Mówi, że na zewnątrz może wykryć linie budynków ze szklanymi drzwiami i reflektorami wolno poruszających się w nocy samochodów. Ma nadzieję, że nadejdzie lato, jaśniejsze słońce w Wielkiej Brytanii i ciągła praktyka pomogą mu zobaczyć więcej.

Ostrość wzroku to nie jedyne wyzwanie dla tych urządzeń. Twarde chipy na bazie krzemu są umieszczone w niezwykle delikatnej chusteczce, która jest częścią wypełnionej płynem ruchomej kuli. Frytki mogą się wyślizgnąć. Co więcej, wszczepione urządzenia muszą przetrwać lata w trudnych warunkach organizmu bez szkody dla ich użytkowników. Przez lata nie będziemy wiedzieć o bardzo długoterminowym bezpieczeństwie, mówi Rose.

Chociaż zbliżanie się do naturalnego widzenia jest celem wielu badaczy opracowujących sztuczne siatkówki, niektórzy rozważają szerszy świat światła. Niektóre kamery działają na długościach fal, których nawet ludzie nie widzą, więc potencjalnie możesz mieć niewidomych pacjentów używających [systemu Second Sight], aby zobaczyć rzeczy, których inni nie widzą, mówi Brian Mech, wiceprezes ds. rozwoju biznesu w Second Sight. Firma ta pracuje również nad pomysłem, który zrezygnowałby ze stymulacji siatkówki na rzecz bezpośredniej stymulacji kory wzrokowej, obszaru mózgu przetwarzającego obrazy. Zamiast leczyć tylko zewnętrzne zwyrodnienia siatkówki, możemy zasadniczo leczyć ślepotę z dowolnej przyczyny, mówi Mech.

W międzyczasie naukowcy będą nadal ulepszać systemy, próbując przywrócić więcej wzroku tym, którzy go utracili, a pacjenci tacy jak Konstantopoulos z niecierpliwością oczekują postępów. Nawet ten cień, który widzę przede mną, czy to osoba, czy cokolwiek innego, jest czymś z niczego, mówi Konstantopoulos. To sprawia, że ​​czujesz i masz nadzieję, że wkrótce nadchodzi coś lepszego.

ukryć