Глаза - самая сложная система в организме. И нейробиологи выясняют до сих пор, каким образом визуальные стимулы могут превращаться в информационные сообщения, воспринимаемые мозгом. При этом данный орган весьма хрупок, а расстройства зрения являются одними из наиболее распространенных среди всех болезней.
Стоит упомянуть, что самыми серьезными неприятностями со зрением являются заболевания ( , пигментный и др.), ведь около четверти пациентов с данными заболеваниями заканчивают полной . И все было бы не так плохо, если бы заболевания сетчатки поддавались лечению, однако любая терапия в таких случаях ограничивается только попытками замедлить болезнь.
Правда, в последнее время, опираясь на успехи нейробиологических технологий, ученые начинают задумываться о восстановлении утраченных в процессе заболеваний сетчатки фоторецепторов, что поможет вернуть зрение. При этом самым очевидным выходом является использование стволовых клеток. И на этой стезе достигнуты впечатляющие успехи. К примеру, таким образом частично вернули зрение слепым мышам и доказали безопасность использования стволовых клеток в человеческой сетчатке.В то же время, существует и нейрокомпьютерное решение данной проблемы – замена сетчатки электронным протезом. Одно из таких устройств, Argus II, создано компанией SecondSight и уже рекомендовано к широкому применению в США. Клинические испытания данного приспособления прошли успешно, однако у Argus II все еще остается масса неизученных возможностей, коим и посвятила свое исследование рабочая группа из Глазной больницы Мурфилдс (Великобритания), под руководством проф. Ивонны Ло.
Нужно сказать, что Argus II - это миниатюрная видеокамера на очках и устройство, беспроводным образом передающее визуальную информацию электронному имплантату. Задача последнего - стимулировать клетки, которые собирают информацию, в соответствии с инструкциями, получаемыми от «внешнего устройства».
Для участия в эксперименте отобрали восемь пациентов, практически лишенных зрения вследствие дегенерации сетчатки. Их задачей было с помощью прибора различить два объекта (белый и металлический): сначала на темном фоне, а после, с выделенными контурами. Для начала, больным с тяжелой формой пигментного ретинита предлагалось сделать это с выключенным устройством, затем - с работающим некорректно, и наконец, с работающим нормально.
Различить два предмета с выключенным устройством пациентам удалось в 12,5% случаев для первого опыта и в 9,4% - для второго. С плохо работающим прибором процент успеха поднялся до 26,2% и 20,7%. И наконец, с хорошо функционирующим устройством, степень точности различения составила 32,8% и 41,4% соответственно, что не может не впечатлять.
Успешную конкуренцию SecondSight в этом направлении составляет BostonRetinalImplantProject (США), в котором участвуют исследователи из Гарварда, Флоридского международного университета, Массачусетского технологического института и пр.
Отличительной особенностью такого рода устройств является микрочип, передающий внешние сигналы к клеткам глазного нерва. Это происходит посредством электродов. К примеру, у Argus II этих электродов 60, при этом, чем их больше, тем более детальным получится изображение, ведь микрочип сможет активировать больше клеток, а значит сообщать мозгу больше информации.
В этой связи можно с уверенностью предсказать борьбу между производителями имплантатов за увеличение числа электродов подобное тому, что произошло в сфере процессорных технологий, когда на единице площади пытались уместить по возможности больше транзисторов.
Так вот, рабочей группе проф. Кинзи Джонсу из международного университета во Флориде сделать это удалось. По их технологии производят чипы уже с 256 электродами. Данная технология, правда, пока что ждет клинических испытаний, но, ученые уверены, что их чипам уготовано блестящее будущее.
Однако не нужно думать, что подобные устройства - панацея от связанных с сетчаткой проблем. Какие бы успехи не предрекали таким протезам, вряд ли в обозримом будущем они смогут полностью заменить сетчатку в человеческом глазу.
Бионический глаз - что это? Именно такой вопрос возникает у людей, которые впервые столкнулись с этим термином. В приведенной статье мы подробно на него ответим. Итак, приступим.
Определение
Бионический глаз - это устройство, позволяющее слепым различать ряд визуальных объектов и компенсировать в определённом объёме отсутствие зрения. Хирурги имплантируют его в повреждённый глаз в качестве протеза сетчатки. Тем самым они дополняют искусственными фоторецепторами сохранившиеся в сетчатке неповреждённые нейроны.
Принцип действия
Бионический глаз состоит из полимерной матрицы, снабжённой фотодиодами. Она фиксирует даже слабые электрические импульсы и транслирует их нервным клеткам. То есть сигналы преобразуются в электрическую форму и воздействуют на нейроны, которые сохранились в сетчатке. У полимерной матрицы есть альтернативы: инфракрасный датчик, видеокамера, особые очки. Перечисленные устройства могут восстановить функцию периферийного и центрального зрения.
Встроенная в очки видеокамера записывает картинку и отправляет её в процессор-конвертор. А тот, в свою очередь, преобразует сигнал и отсылает его ресиверу и фотосенсору, который вживлён в сетчатку глаза больного. И только потом электрические импульсы передаются в мозг пациента через оптический нерв.
Специфика восприятия изображения
За годы исследований бионический глаз претерпел множество изменений и доработок. В ранних моделях картинка передавалась с видеокамеры сразу в глаз пациента. Сигнал фиксировался на матрице фотодатчика и поступал по нервным клеткам в мозг. Но в этом процессе был один недостаток - разность в восприятии изображения камерой и глазным яблоком. То есть они работали не синхронно.
Другой подход состоял в следующем: вначале видеоинформация отправлялась в компьютер, который преобразовывал видимое изображение в инфракрасные импульсы. Они отражались от стёкол очков и попадали через хрусталик в глазную сетчатку на фотосенсоры. Естественно, пациент не может видеть ИК-лучи. Но их воздействие аналогично процессу получения изображения. Иными словами, перед человеком с бионическими глазами формируется доступное для восприятия пространство. А происходит это так: картинка, полученная от действующих фоторецепторов глаза, накладывается на изображение от камеры и проецируется на сетчатку.
Новые стандарты
С каждым годом биомедицинские технологии развиваются семимильными шагами. В данный момент собираются внедрять новый стандарт для системы искусственного зрения. Это матрица, каждая сторона которой будет содержать по 500 фотоэлементов (9 лет назад их было всего 16). Хотя, если провести аналогию с человеческим глазом, содержащим 120 млн палочек и 7 млн колбочек, то становится понятен потенциал дальнейшего роста. Стоит отметить, что информация передаётся в головной мозг через миллионы нервных окончаний, а потом их уже самостоятельно обрабатывает сетчатка.
Argus II
Этот бионический глаз был разработан и сделан в США компанией «Ясновидение». 130 пациентов с заболеванием пигментный ретинит воспользовались его возможностями. Argus II состоит из двух частей: встроенной в очки мини-видеокамеры и имплантата. Все объекты окружающего мира фиксируются на камеру и передаются в имплантат через процессор по беспроводной связи. Ну а имплантат с помощью электродов активирует имеющиеся у больного клетки сетчатки, отправляя информацию прямиком в зрительный нерв.
Пользователи бионического глаза уже через неделю чётко различают горизонтальные и вертикальные линии. В дальнейшем качество зрения через это устройство только возрастает. Argus II стоит 150 тысяч фунтов стерлингов. Однако исследования не прекращаются, так как разработчики получают различные денежные гранты. Естественно, искусственные глаза ещё довольно несовершенны. Но учёные делают всё, чтобы качество передаваемой картинки улучшилось.
Бионический глаз в России
Первым пациентом, которому в нашей стране вживили устройство, стал 59-летний челябинец Александр Ульянов. Операция шла на протяжении 6 часов в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА. За периодом реабилитации пациента следили лучшие офтальмологи страны. На протяжении этого времени в установленный Ульянову чип регулярно пускали электрические импульсы и отслеживали реакцию. Александр показывал отличные результаты.
Конечно, он не различает цветов и не воспринимает многочисленные объекты, доступные здоровому глазу. Окружающий мир Ульянов видит размыто и в чёрно-белом цвете. Но и этого ему достаточно для абсолютного счастья. Ведь последние 20 лет мужчина вообще был слепым. А сейчас его жизнь полностью изменил установленный бионический глаз. Стоимость операции в России составляет 150 тыс. рублей. Ну и плюс цена самого глаза, которая была указана выше. Пока устройство выпускают только в Америке, но со временем в России должны появиться аналоги.
Ученые уже разработали и совершенствуют глазные импланты. Бионическая сетчатка применяется для восстановления зрения людям, потерявшим его под влиянием воспалительных, аутоиммунных или травматических факторов. Пока существуют только единичные примеры успешных операций по вживлению глазных протезов. Да и сами они несовершенны, поскольку дают возможность видеть только черно-белую картинку. Но медики, ученые и инженеры трудятся над новыми разработками.
Что собой представляют и как работают?
Внешне они напоминают подобные конструкции из фантастических фильмов. Бионический глаз представляет собой оптический протез, состоящий из электродов. От них отходят микропровода к специальным очкам, на которые подается изображение. К проводкам прикреплены преобразователи сигнала. Очки выполняют функцию крепежного аппарата. Они удерживают камеры, изображение с которых передается к электродам, имплантированным сетчатку. Сигналы воспринимаются зрительной корой затылочных областей головного мозга, как готовое изображение. Происходит этого в обход разрушенных нейронов сетчатки - палочек и колбочек.
Вживленные в сетчатую оболочку глаза электроды выполняют функции палочек и колбочек, которые в здоровом органе зрения функционируют, как индикаторы света и цвета.
Особенности имплантации глазного протеза
Важнейший этап операции – правильное вживление бионика в ретинальный слой.
Самая большая сложность состоит в том, чтобы вживить бионик ультратонкий ретинальный слой. Имплантация производится в специальной операционной, оснащенной микрохирургическим инструментарием. Если у пациента еще имеется его родной глаз, не выполняющий зрительных функций, при показании к его удалению производят энуклеацию. Во время этой операции полностью удаляют глазное яблоко, на место которого в будущем имплантируют протез. Важно, что подобное оперативное вмешательство рекомендуется только тем пациентам, которые видели с рождения. Врожденная слепота является противопоказанием к вживлению искусственного глаза, поскольку при ней не сформирована зрительная кора, необходимая для распознания и интерпретации сигналов.
Опыт применения подобной искусственной радужки уже насчитывает десятки успешных операций, которые прошли с достижением высокого зрения и отличного косметического эффекта. При этом, достижение уникального косметического эффекта становится возможным благодаря тому, что в технологии производства искусственной радужки, применяется индивидуальный подход к подбору цвета имплантата.
Осуществляется это по следующей схеме:
1. Сначала выполняется цифровая фотосьемка здорового парного глаза.
2. Затем проводится компьютерная обработка полученного снимка здоровой радужки.
3. После, изображение распечатывается с использованием специальной полимерной пленки.
4. На конечном этапе, конструкция искусственной радужной оболочки собирается в единый комплекс с искусственным хрусталиком.
Операция имплантации искусственной радужки проводится только квалифицированным хирургом-офтальмологов и относится к области микрохирургии. В отличии от имеющихся обычных имплантатов, искусственная радужка включает гаптическую часть, выполненную в форме диска. Торцевая ее поверхность содержит три дополнительных дугообразных опорных элемента, чьи внутренние поверхности конгруэнтны торцевым. В каждом из этих дугообразных элементов содержится сквозная прорезь, сделанная, в виде соединенных между собой двух дуг. Противоположные углы обеих дуг острые, при этом, у каждого дугообразного элемента имеется установочное отверстие. Применение именно такого изобретения позволяет значительно уменьшить операционные, а также потенциальные послеоперационные осложнения, значительно сокращает время хирургического вмешательства.
Стоит отметить, что для ликвидации косметического дефекта, имплантацию искусственной радужной оболочки можно проводить даже в глаз, полностью лишенный зрения.
Видео пластики радужки глаза
Наши преимущества
«Московская Глазная Клиника» - современное медицинское учреждение, предоставляющее полный спектр профессиональных услуг в области офтальмологии. Клиника имеет в своем распоряжении лучшие образцы современной аппаратуры ведущих мировых производителей.
В Клинике ведут прием ведущие отечественные специалисты, имеющие чрезвычайно широкий практический опыт. Так, в клинике консультирует хирург высшей категории Фоменко Наталия Ивановна . Благодаря высокому профессионализму врачей и применению современных технологий МГК гарантирует наилучший результат лечения и возвращение зрения. Обращаясь в "Московскую Глазную Клинику", вы можете быть уверены в быстрой и точной диагностике и эффективном лечении.
Цены
В Московской Глазной Клинике можно пройти полное диагностическое обследование и получить рекомендации по самым эффективным методам лечения. Комплексное обследование пациента (включающее в себя такие методы как проверка остроты зрения, биомикроскопия, авторефрактометрия, офтальмоскопия с узким зрачком, пневмотонометрия) составляет 3500 рублей.
Стоимость имплантации искусственной радужки при аниридии в МГК составляет 50 000 рублей (за 1 глаз). Иридо-хрусталиковая МИОЛ-Радужка изготавливается индивидуально (после внесения предоплаты, срок изготовления от четырех недель), оплачивается отдельно. Цена имплантата составляет 40 000 рублей.
Используя совершенно новый метод, ученые смогли взять образцы клеток роговицы из глаз испытуемых и культивировать клетки в лаборатории. Они регенерировали и размножили клетки на синтетической пленке гидрогеля, затем имплантировали эту пленку обратно в глаза испытуемых.
Пленка толщиной в 50 микрометров сравнима с обычной контактной линзой. Выращенные в лаборатории клетки роговицы принялись за работу и восстановили баланс жидкости под роговицей, а через два месяца синтетическая пленка разложилась, оставив после себя здоровые клетки, которые продолжили поддерживать водный баланс роговицы.
Важно отметить, что эта процедура не испытывалась на людях, но восстановила зрение животным и не вызвала неблагоприятных иммунных реакций. Клинические испытания на людях начнутся в 2017 году и, возможно, изменят будущее для людей, страдающих от помутнения роговицы.
Бионические глаза
В 2013 году FDA одобрила первый бионический имплантат для лечения пигментного ретинита глаза, наследственного заболевания, которое приводит к дегенерации фоторецепторов сетчатки глаза. Пользователи этой технологии носят пару очков, оснащенных крошечной видеокамерой. Данные идут от камеры к блоку обработки видеосигнала и к группе электродов, имплантированных в сетчатку. Электроды преобразуют данные в электрические импульсы, которые стимулируют сетчатку на производство изображений.
Процедура, призванная справиться с возрастной макулярной дегенерацией, которая является ведущей причиной слепоты у людей, которым за 55, удаляет естественный хрусталик глаза и заменяет его телескопическим объектов размером с горошину, который увеличивает объект и проецирует изображения на оставшуюся здоровую область сетчатки.
Такие технологии уже помогли восстановить зрение тысячам людей, но чтобы сделать бионическое зрение эквивалентным идеальному зрению человека, предстоит решить еще много вопросов. Пациенты с имплантатами сетчатки или хрусталика жалуются на плохое разрешение, сложности со зрением при движении на высокой скорости и ограниченное поле зрения.
По мере прорывов в биологических методах лечения зрения и искусственных решениях, вроде бионических глаз, слепота может в один прекрасный день стать недугом прошлого.
