Jaké to je znovu vidět s umělou sítnicí

Elias Konstantopoulos každý den nahlíží flekaté pohledy na svět asi čtyři hodiny, nebo jak dlouho opustí svůj Argus II zapnutá protéza sítnice. 74letý obyvatel Marylandu ztratil zrak kvůli progresivnímu onemocnění sítnice před více než 30 lety, ale je schopen vnímat některé věci, když zapne systém bionického vidění.

Bionické vidění: Tento implantát snímající světlo vyvinutý německým Retina Implantem obsahuje 1500 fotodiod.

Vidím, jestli jsi přede mnou, a jestli se pokusíš odejít, říká. Nebo když se podívám na velký strom se zapnutým systémem, možná vidím nějakou tmu, a když je venku jasno a pohnu hlavou doleva nebo doprava, vidím různé stíny, které mi říkají, že tam něco je. Neexistuje způsob, jak říct, co to je, říká Konstantopoulos.

Kamera na brýlích snímá obrazová data pro Konstantopoulose; tato data jsou poté zpracována minipočítačem na řemínku a odeslána do pole 60 elektrod stimulujících neurony, které bylo implantováno na jednu z jeho sítnic v roce 2009.

Téměř 70 lidí po celém světě podstoupilo tříhodinovou operaci retinálního implantátu, který vyvinula kalifornská Druhý pohled a schváleno pro použití v Evropě v roce 2011 a v USA začátkem tohoto roku (viz Bionický oční implantát schválený pro pacienty v USA). Jde o první implantát pro obnovu zraku prodaný pacientům.

V současné době je systém schválen pouze pro pacienty s retinitis pigmentosa, degenerativní oční onemocnění, které postihuje okolí jeden z 5 000 lidí po celém světě, ale je možné, že Argus II a další umělé sítnice ve vývoji by mohly fungovat u lidí s věkem podmíněnou makulární degenerací, která postihuje jeden z 2000 lidí ve vyspělých zemích. Za těchto podmínek dochází ke ztrátě fotoreceptorových buněk oka (běžně nazývaných tyčinky a čípky), ale zbytek neuronální dráhy, která sděluje vizuální informace mozku, je často stále životaschopný. Umělé sítnice závisí na tomto zbývajícím obvodu, takže nemohou fungovat pro všechny formy slepoty.

Mnoho skupin po celém světě pracuje na systémech bionického vidění, které by nahradily ztracené fotoreceptory. Většina z nich používá kameru, která komunikuje s implantovaným čipem, ale liší se v počtu elektrod v čipu a v tom, jak hluboko je čip umístěn uvnitř sítnice. Jiní se fotoaparátu vyhýbají kvůli světlocitlivým diodám v čipu.

německá společnost Implantát sítnice , například nedávno dokončil lidské testy se svým 1500pixelovým implantátem, který nezávisí na kameře, ale místo toho přímo sbírá světlo a přenáší tato data do zbývajících neuronů (viz Microchip Restores Vision). Fotodiodové pole nahrazuje fotoreceptory.

Velící pohled: California’s Second Sight vyvinula systém Argus II, který odesílá obrazová data zachycená kamerou nasazenou na brýle do implantátu sítnice.

Někteří lidé s umělou sítnicí mohou číst velká písmena, vidět pomalu jedoucí auta nebo identifikovat nádobí. Ostatní pacienti nepociťují žádný přínos. Variaci lze v některých případech připsat přesnému umístění neurony stimulujícího pole v sítnici tenké jako tkáňový papír, stejně jako stavu zbývajících neuronů a drah v oku každého jedince. Důležité je také to, jak dobře se lidé mohou naučit používat zařízení a přetrénovat svůj mozek.

Pacienti budou skenovat své prostředí a používat svou paměť k rekonstrukci toho, co vidí, říká Raymond Iezzi , lékař-vědec, který provádí operace sítnice na Mayo Clinic v Rochesteru v Minnesotě. Strategii skenování přirovnává k tažení štětcem po malbě. Pacienti musí vyplnit prázdná místa, aby propojili vizuální vstupy s lexikonem podstatných jmen, a to vyžaduje značné množství kognitivních schopností, říká Iezzi.

V nejlepším případě je současná úroveň vidění velmi pixelovaná. To, co bylo vidět, jsou záblesky světla zvané fosfeny. Není to skutečně naturalistická vize, říká Iezzi. Second Sight říká, že úroveň zrakové ostrosti s Argus II je 20/1 260 a Retina Implant říká, že nejlepší zraková ostrost získaná s jeho zařízením je 20/1 000. Pro srovnání, normální vidění je 20/20 a práh legální slepoty v USA je 20/200 (což znamená, že člověk vidí předmět na vzdálenost 20 stop, který normálně vidící člověk vidí na vzdálenost 200 stop).

Neobnovuje to vizi jako vy a já, ale obnovuje mobilitu, říká Stephen Rose , hlavní výzkumný pracovník nadace Fighting Blindness. Poskytují kontrast, takže někdo může vidět rozdíl ve světle a tmě až do bodu, kdy může říct, jak projít dveřmi, říká. Tohle je hodně začátek.

Sítnicové protézy jsou ve stádiu kochleárních implantátů před 30 lety, říká Anthony Burkitt , ředitel Bionic Vision Austrálie , konsorcium výzkumníků vyvíjejících systém retinálních implantátů. Tato technologie se změnila z pomůcky pro odečítání ze rtů do bodu, kdy děti s kochleárním implantátem mohou projít normální školou a dokonce používat mobilní telefony, říká Burkitt. S retinálními implantáty nyní víme, že mají klinický přínos pro pacienty, a myslím, že uvidíme, jak se tato technologie bude v příštím desetiletí velmi rychle rozvíjet.

Odborníci se shodují, že jedním ze způsobů, jak zlepšit zrak, který tyto systémy poskytují, je přidat více stimulačních elektrod. Second Sight například plánuje přesun z 60 na 240 elektrod v budoucím modelu.

Ale pro rozpoznávání obličeje a další detailní vizuální úkoly budou pravděpodobně zapotřebí tisíce pixelů a mnoho technologií umělé sítnice bude mít problém dostat se k tak velkému počtu pixelů, protože závisí na drátech, říká. Daniel Palanker , biofyzik na Stanfordské univerzitě. Dráty se používají k připojení napájecího zdroje k elektrodám, což vyžaduje chirurgický zákrok k zavedení spojení přes oční bulvu. Aby se tomuto omezení vyhnuli, Palanker a kolegové vyvíjejí bezdrátový systém, který přenáší obrazová data zachycená videokamerou do fotovoltaického čipu v oku. Namísto přenosu viditelného světla na čip používá jeho systém blízké infračervené světlo, které je vyzařováno do flexibilních polí malých pixelů na sítnici. Tým testoval systém na slepých krysách a nyní spolupracuje s firmou na testování zařízení na pacientech.

Ale i tisíce pixelů jsou daleko od jednoho milionu, což je zhruba to, co máme v přirozeném oku, říká Shawn Kelly , elektroinženýr na Carnegie Mellon University v Pittsburghu. A i při tom je spousta zpracování, které sítnice dělá, že s umělou sítnicí přeskočíme.

Když fotoreceptory detekují světlo, převádějí tyto informace na chemické signály, které stimulují další typy neuronů, které zpracovávají pohyb, barvu a další detaily ze signálů, a poté předávají informace optickému nervu, který se připojuje k mozku. V závislosti na tom, kde jsou stimulační pole umístěna, umělé sítnice vynechají jednu nebo více vrstev zpracování informací.

Způsob, jakým jsme propojeni s nervovým systémem, je funkční, ale není přirozený, říká Kelly. Myslím, že to bude trvat dlouho, než vyvinout způsoby, jak získat lepší vidění, a nemyslím si, že to někdy bude úplně přirozené.

Přesto je mozek pozoruhodně přizpůsobivý a dokáže se naučit zpracovávat i cizí informace. Spoléháme na plasticitu mozku, abychom se znovu naučili tento nový jazyk stimulace a poskytli rozumnou vizi, říká Palanker. Ujištění, že se jedná o rozumný předpoklad, pochází z oblasti kochleárních implantátů.

Lidé s umělou sítnicí časem dosáhnou lepšího vidění. Tim Reddish, 55letý obyvatel Nottinghamu v Anglii, který ztratil zrak kvůli retinitis pigmentosa, byl implantován zařízením Retina Implant v listopadu a v uplynulých měsících dosáhl působivých výsledků. Předpokládá, že jeho schopnosti se budou nadále zlepšovat. V laboratorním prostředí Reddish, bývalý paralympijský plavec, který získal zlatou medaili, říká, že dokáže identifikovat příbory a sklo a dokonce číst čas z vysoce kontrastních hodin. Venku prý dokáže v noci detekovat linie budov se skleněnými dveřmi a světlomety pomalu jedoucích aut. Doufá, že nadcházející léto, jasnější slunce ve Spojeném království a pokračující cvičení mu pomohou vidět více.

Zraková ostrost není jedinou výzvou pro tato zařízení. Tvrdé čipy na bázi křemíku jsou umístěny v extrémně jemné tkáni, která je součástí pohybující se koule naplněné tekutinou. Čipy mohou vyklouznout z místa. Kromě toho musí implantovaná zařízení přežít roky v náročných podmínkách těla, aniž by svým uživatelům ublížila. Po mnoho let se o dlouhodobé bezpečnosti nedozvíme, říká Rose.

Ačkoli je přiblížení se přirozenému vidění cílem mnoha výzkumníků vyvíjejících umělé sítnice, někteří zvažují širší svět světla. Některé kamery fungují ve vlnových délkách, které ani lidé nevidí, takže potenciálně můžete mít nevidomé pacienty, kteří používají [systém Second Sight], aby viděli věci, které ostatní nevidí, říká Brian Mech, viceprezident pro rozvoj podnikání společnosti Second Sight. Tato společnost také pracuje na nápadu, který by upustil od stimulace sítnice pro přímou stimulaci zrakové kůry, oblasti mozku, která zpracovává obrazy. Místo abychom byli schopni léčit pouze vnější degenerace sítnice, mohli bychom v podstatě léčit slepotu z jakékoli příčiny, říká Mech.

Mezitím budou výzkumníci pokračovat ve vylepšování systémů a snažit se vrátit více zraku těm, kteří ho ztratili, a pacienti jako Konstantopoulos touží vidět jejich pokrok. Dokonce i ten stín, který před sebou vidím, ať už je to člověk nebo cokoli jiného, ​​je něco z ničeho, říká Konstantopoulos. Vyvolává ve vás pocit a naději, že brzy přijde něco lepšího.

skrýt