–етины-имплантаты подарили ослепшим второе зрение

29.09.2009, 21:00
»сточник: membrana



√лаз с имплантантами

¬ернуть утраченное зрение можно несколькими пут€ми. ѕро генную инженерию и терапию стволовыми клетками пока умолчим. ≈щЄ возможна пересылка картинки с видеокамеры в мозг. ѕеред вами Ц самый свежий вариант такого устройства (фото Shawn Kelly).

Ёлектронные сетчатки перестают быть реквизитом из фантастических фильмов. Ќад подобными протезами работают сразу в нескольких научных группах и компани€х. ѕо мере проведени€ экспериментов в пробирках, на животных и даже на люд€х разработчики таких устройств, можно сказать, тоже обретают зрение.  онструкции посто€нно шлифуютс€. » это даЄт надежду незр€чим.
ќдним из крупнейших начинаний в данной области и, пожалуй, старейшим €вл€етс€ проект "Ѕостонский имплантат сетчатки" (Boston Retinal Implant Project Ч BRIP). —тарт ему был дан ещЄ в 1980-х, когда конструкци€ и особенности работы системы искусственного зрени€ виделись учЄным лишь в самых общих чертах. “еперь BRIP обнародовал свой самый свежий вариант протеза. ¬ течение трЄх лет создатели намерены испытать его на люд€х.

ƒоктор ƒжозеф –иццо (Joseph Rizzo) и профессор ƒжон ”айетт (John Wyatt) Ц основатели BRIP. ¬ообще же в проекте зан€ты учЄные из ћассачусетского глазного госпитал€ (Massachusetts Eye and Ear Infirmary), медицинской школы √арварда (Harvard Medical School), лаборатории электроники ћассачусетского технологического института (Research Laboratory of Electronics) и лаборатории нанотехнологий  орнелла (Cornell Nanofabrication Laboratory) (фото Boston Retinal Implant Project).

¬кратце всЄ выгл€дит просто: миниатюрна€ камера на очках по беспроводному каналу транслирует сигнал на крошечный чип, установленный на глазном €блоке. „ип переводит эту информацию в набор слабеньких электрических сигналов, посылаемых на решЄтку из электродов, которые внедрены в толщу сетчатки. ќни стимулируют нервные клетки, и человек обретает зрение.

ѕоиски наилучшего варианта такой схемы ведутс€ не один год, и не только в BRIP. ¬ыбрали еЄ среди прочих схем, посчитав оптимальным техническим способом восстановлени€ зрени€, наиболее пригодным к скорому внедрению.


¬ раннем проекте BRIP приЄмна€ катушка располагалась сбоку глазного €блока, чип, обрабатывающий сигнал, Ц сверху, а решЄтка из электродов Ц в задней части сетчатки (на верхнем рисунке она не видна, но показана на схеме ниже). Ќа верхней врезке Ц снимок такого чипа. Ќа нижней Ц макет системы с камерой на очках. ѕозднее устройство дл€ приЄма сигналов от камеры помен€ло дислокацию. ќб этом мы ещЄ скажем отдельно (иллюстрации Boston Retinal Implant Project).

≈сть несколько вариантов доставки изображени€ с камеры к месту назначени€. —амый соблазнительный в плане эффекта Ц подключение электрических контактов напр€мую к коре головного мозга. Ќо он же и самый рискованный дл€ здоровь€. ƒругой ход Ч подсоединение набора электродов к зрительному нерву, на его пути от глаза мозгу. Ќо он требует виртуозной хирургической операции.

¬ то же врем€, по словам учЄных из проекта BRIP, наиболее распространЄнные заболевани€, привод€щие к потере зрени€, Ч это возрастна€ макул€рна€ дегенераци€ и пигментоз. ѕри них отказывают светочувствительные клетки в сетчатке. Ќо еЄ бипол€рные и ганглионарные "€чейки", передающие сигнал от фоторецепторов в сеть нервных волокон внутри самого глаза, а уже через них Ч в глазной нерв, остаютс€ функциональными. ѕочему бы не попробовать подавать сигналы на эти промежуточные клетки?

ќдним из важных вопросов €вл€етс€ место имплантации электродов. ¬ глазном €блоке палочки и колбочки расположены дальше от стекловидного тела и от хрусталика, нежели нервные клетки. —оответственно, если мы хотим добратьс€ до них с внешней стороны глаза, причЄм со стороны его задней стенки, нам нужно преодолеть больше слоЄв, а это может привести к сильному повреждению ретины.

“ак пытались действовать в прежних проектах. јвторы же нового имплантата говор€т: дл€ нормальной его работы достаточно расположить электроды (из оксида ириди€, к слову) с внешней стороны глаза. “очнее Ч в слое, лежащем непосредственно под сетчаткой. “ак снижаетс€ риск повреждени€ и уменьшаетс€ хирургическое вмешательство при установке прибора.


ѕоследовательность ключевых оболочек глаза и два способа размещени€ стимулирующего чипа с электродами Ц в глубине глазного €блока, над сетчаткой (1) или ближе к его внешней поверхности, фактически под сетчаткой (2). ќбратите внимание на то, что свет идЄт сверху (иллюстраци€ Boston Retinal Implant Project).

¬торое усовершенствование команды из Ѕостона Ц это чип, обрабатывающий сигнал. ќн должен крепитьс€ на поверхности глазного €блока, но при этом внутри глазной впадины, так что снаружи виден не будет. ¬ новом проекте BRIP чип этот укрыт в герметичном титановом корпусе.

Ёто должно снизить негативное воздействие имплантата на организм. Ќе менее важно, что сократитс€ и разрушительное воздействие среды тела на сам имплантат. ”чЄные рассчитывают, что прибор "в новом дизайне" сможет работать внутри человека безотказно как минимум дес€ток лет.

—пособ передачи на протез полезного сигнала и электропитани€ тоже оказалс€ скорректирован. ¬ новом приборе за это отвечает металлическое кольцо, внедрЄнное в склеру вокруг радужки (смотрите снимок под заголовком).

‘актически же оно состоит из двух концентрических колец-антенн. ќдно из них отвечает за беспроводный приЄм импульсов питани€ схемы, а второе Ч за приЄм картинки. —оответственно, специальные очки с передающими антеннами в оправе должны поставл€ть имплантату и силовой, и информационный потоки.

Ёкспериментальный прибор BRIP обладает всего 15 каналами Ч он может транслировать на сетчатку 15 пикселей. Ёто давно уже не рекорд. Ќо пока дл€ участников проекта важно проверить работоспособность схемы.   тому же, по их словам, после тестов на добровольцах можно будет улучшить алгоритм переработки сигнала.

 огда станет €сно, что именно и в каком виде воспринимают слепые при подаче импульсов тока на решЄтку, оптимизаци€ картинки поможет передать "больше смысла" в тех же самых точках. ƒалее и число контактов можно будет нарастить на пор€док, а то и на два.


ќ своЄм проекте BRIP детально отчиталс€ в статье в IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Ќа снимке Ц модель нового имплантата. ’орошо виден микрочип в изолирующем корпусе (фото Shawn Kelly).

ѕока новый имплантат протестировали в течение 10 мес€цев на свинь€х. ÷ель испытани€ заключалась не в проверке возможности восстановлени€ зрени€, а в испытании схемы на биологическую совместимость: не вызывает ли она воспалени€ и так далее. ѕроверка новинки на люд€х Ч следующа€ в плане.

ј в том, что в какой-то форме зрение можно восстановить при помощи подобных электродов, американцы уверены. ќколо дес€тилети€ назад та же команда BRIP проводила эксперименты на слепых добровольцах без вс€ких чипов.

  светочувствительной оболочке глаза временно подсоедин€ли набор электродов и подавали на них слабое напр€жение. »спытуемые рапортовали о по€влении цепочки визуальных п€тен, число которых совпадало с количеством активированных в данный момент времени контактов.


ќ своЄм проекте BRIP детально отчиталс€ в статье в IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Ќа снимке Ц модель нового имплантата. ’орошо виден микрочип в изолирующем корпусе (фото Shawn Kelly).

ƒругие учЄные успели продвинутьс€ по данному пути ещЄ дальше BRIP. јмериканска€ компани€ Second Sight, тесно сотрудничающа€ с р€дом научных учреждений  алифорнии, примен€ет в своих разработках похожий подход. ќни стро€т такую цепочку: камера на очках Ч видеопроцессор, носимый на по€се, Ч трансмиттер в очках Ч беспроводна€ передача сигнала в чип-приЄмник внутри человека, а далее Ч по тонким проводкам в решЄтку электродов, установленных на сетчатке.

—ейчас в самом разгаре клинические испытани€ устройства Argus II, в состав которого входит имплантат с 60 стимулирующими электродами. Ёто тоже далеко от вожделенных нескольких тыс€ч пикселей, при которых пациенты могли бы уже различать вблизи лица людей и читать. Ќо лучше, чем ничего: даже возможность вы€вл€ть границы света и тени (дверные проЄмы, лестницы) или €ркие предметы Ч дорогого стоит.

»скусственную сетчатку от Second Sight уже внедрили 18 добровольцам, один из которых Ч 68-летний ƒин Ћлойд (Dean Lloyd) Ч живЄт с ней уже примерно два года. ќпыты показывают, что он может точно указать пальцем на €ркую точку, по€вл€ющуюс€ в произвольном месте тЄмного экрана, ходить по белой линии, нарисованной на тЄмном полу, и различать общие контуры предметов.

ѕри этом у него даже возникает различное цветоощущение (всплывают базовые цвета). Ќе вполне €сно, насколько они согласуютс€ с окраской предъ€вл€емых предметов, но дл€ человека, который 20 лет жил в абсолютной темноте, эти красные, синие и зелЄные всполохи Ч чудо.


—лепой пациент Ћлойд тестирует работу второго "јргуса". Ќа заднем плане Ц один из исследователей, нейробиолог ћэттью ћакмахон (Matthew McMahon).  рошечна€ камера, передающа€ картинку дл€ Ћлойда, почти незаметно вмонтирована в оправу очков (на переносице). ¬ руках подопытного виден блок видеопроцессора, в котором он сам может настраивать параметры транслируемого сигнала (фото Paul Chinn/The Chronicle).

“есты "јргуса", так же как и гр€дущее испытание на добровольцах малоинвазивного имплантата от BRIP, должны показать, что св€зка "внешн€€ видеокамера Ч искусственна€ сетчатка" может претендовать на массовый метод избавлени€ людей от страшного недуга. Ќо в идеале учЄные и медики хот€т вообще избавитьс€ от внешних составл€ющих системы. » проекты такого рода тоже существуют.

  примеру, мы рассказывали о тестах имплантата от американской компании Optobionics на кошках. ќн же провер€лс€ и на люд€х. — ним во многом схож прототип электронной сетчатки из университета ѕенсильвании (University of Pennsylvania).

ќба имплантата объедин€ет один принцип: искусственные фоторецепторы расположены в самом имплантате и воспринимают свет, прошедший естественным путЄм, Ч через хрусталик и стекловидное тело. ѕозади же фотодетекторов расположены стимулирующие электроды.

Optobionics ещЄ в 2004-м сообщала в статье в Archives of Ophthalmology о первых успехах своего микрочипа.  омпани€ ухитрилась разместить на двухмиллиметровой пластинке из кремни€ 5 тыс€ч фотодетекторов и электродов и имплантировала этот прибор шести пациентам с пигментозом сетчатки. ƒобровольцы носили чип 18 мес€цев.


ќснователи Optobionics ¬инсент и јлан „оу (Vincent, Alan Chow). ћикрочип (чЄрный кружок) на поверхности монетки и он же Ц внедрЄнный в сетчатку человека. »з-за основного материала, кремни€, это опытное устройство носит название Artificial Silicon Retina или ASR. ¬низу показано место, куда внедр€етс€ ASR. “олщина чипа, кстати, составл€ет 25 микрометров (фотографии Optobionics, иллюстраци€ Mike Zang).

ѕодопытные продемонстрировали некоторое улучшение зрени€. ј ещЄ давние тесты доказали, что микрочип не вызывает отторжени€ и воспалени€. Ќо все детали взаимодействи€ столь обширного набора контактов и случайно попавших под них нервных клеток ещЄ только предсто€ло разобрать.

”вы, позднее компани€ надолго прекратила свою работу по причинам, с наукой никак не св€занным. » лишь сравнительно недавно Optobionics возобновила де€тельность, обеща€ продолжить эксперименты со своим микроскопическим имплантатом.

 ак видим, вс€ эта "гонка биоинженерных вооружений" проходит довольно неспешно. Ќа улучшение найденных решений уход€т годы, на проверку их эффективности "в реальном бою" Ц не меньше. Ќо миллионам незр€чих всЄ равно, кто именно придЄт к финишу первым и получит "призовые" в виде массовых продаж данной техники. ƒл€ инвалидов самый ценный приз Ц возвращЄнное зрение. ѕусть даже с разрешением в несколько дес€тков пикселей.

¬ы способны восхищатьс€ полной Ћуной на ночном небе, если она вам представитс€ как набор всего из нескольких световых точек, без малейших намЄков на детали? ќдна из пациенток, провер€ющих сейчас сетчатку Argus II, знает истинную цену такой красоты. Ћуну она не видела 15 лет.


 лючевые слова:
–етины
имплантаты
 иборги и андроиды
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

 иборги


≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.