Бионические системы глаза

Добавлено 9.02.2011

Дэниел Паланкер (Daniel Palanker) из Стэнфордского университета (Stanford University) и его научная группа «Биомедицинской физики и офтальмологических технологий» (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies) разработали оригинальный протез сетчатки высокого разрешения или «Бионический глаз» (Bionic Eye), обладающий целым рядом преимуществ перед предыдущими проектами лечения слепоты с помощью электронных имплантатов.

Разработка бионических технологий зрения направлена на восстановление чувства зрения людей, живущих со слепотой и слабовидящих. Изначально эта технология была направлена на нужды пациентов с пигментным ретинитом¹ и возрастной макулярной дегенерацией². С течением времени при продолжении исследований, возможно, что эта технология может также помочь пациентам с другими видами нарушения зрения.

В последние 20 лет, биотехнология стала наиболее быстро развивающейся областью научных исследований. Клинические испытания новых устройств происходит с бешеной скоростью. Бионической руки позволяет инвалидам контролировать движения протеза своими мыслями.

Тренировочная система BrainPort позволяет людям с визуальными расстройствами и расстройствами равновесия обойти повреждения их органов чувств и послать вместо них информацию в мозг через язык.

Аналогичные разработки появились и в области зрения. Компания под названием Second Sight получила одобрение ФДА США начать испытания системы имплантатов сетчатки, которые  дают слепым людям возможность ограниченного зрения.

Система протезирования сетчатки Argus II  может обеспечить светочувствительность для людей, которые ослепли от таких дегенеративных заболеваний глаз, как дегенерация желтого пятна и пигментный ретинит.

Протез Second Sight состоит из пяти основных частей:

1. Цифровая камера, встроенная в очки. Захватывает изображение в режиме реального времени и передает его на микрочип.

2. Микрочип видео-обработки, встроенный в ручном приборе. Он перерабатывает изображения в электрические импульсы представления образов света и темноты и посылает импульсы на радиопередатчик в очках.

3. Беспроводной радиопередатчик передает импульсы на приемник, имплантированный над ухом или под глазом

4. Радиоприемник, который посылает импульсы на имплантат сетчатки на имплантированые тонкие провода

5. Имплантат сетчатки с массивом из 60 электродов на чипе размером 1 мм на 1 мм

Вся система работает от батареи, которая располагается вместе с блоком обработки видео. Камера фиксирует изображение - например, дерево - в виде светлых и темных пикселей. Она отправляет этот образ на видео процессор, который преобразует древовидную структуру пикселей в серии электрических импульсов, которые делятся на "светлые" и "темные". Процессор посылает эти импульсы в радио-передатчик на очки, которые затем передают импульсы в приемник, имплантированный под кожу субъекта. Приемник непосредственно связан через провод с электродом массива имплантатов в задней части глаза, и он посылает импульсы по проводу.

Когда импульсы достигают сетчатки имплантата, они возбуждают массив электродов. Массив действует как искусственный эквивалент фоторецепторов сетчатки.

 Электроды стимулируются в соответствии с закодированной картиной из светлых и темных пятен, представляющих дерево, что сделали бы фоторецепторы сетчатки, если бы они работали. Генерируемые электрические сигналы, которые стимулировали электроды затем отправятся как нейронные сигналы на зрительный центр мозга нормальным путем используемым здоровым глазом – с помощью зрительных нервов. При макулярной дегенерации и пигментном ретините, оптические нервные пути не повреждены. Головной мозг, в свою очередь, интерпретирует эти сигналы в виде дерева и говорит: "Вы видите дерево".

Нужно некоторое обучение, чтобы действительно увидеть дерево. Сначала, видно в основном светлые и темные пятна. Но через некоторое время, пациенты учатся интерпретировать то, что мозг показывает им, и они в конечном итоге видят картину из светлых и темных пятен как дерево.

Первая версия системы имела 16 электродов. Врачи имплантировали чип сетчатки шестерым пациентам, каждый из которых восстановил какой-то степени способность видеть. В настоящее время они в состоянии воспринимать формы (такие, как затененные контуры деревьев) и обнаруживать движение в различной степени. Новейшая версия системы должна предлагать больше разрешение изображения, поскольку он имеет гораздо больше электродов.

по материалам BBC и Discovery Health

1 - Пигментный ретинит (retinitis pigmentosa) - Наследственное заболевание человека, характеризующееся разрушением палочек (в первую очередь) и колбочек в сетчатке с замещением их глиальной и фибриллярной тканью; пигментный слой образует при этом характерные «завитки». Поражение глаз, как правило, двустороннее. Пигментный ретинит генетически в значительной степени гетерогенен – наследуется по аутосомно-рецессивному, аутосомно-доминантному и сцепленному с полом типам.