Riuscite ad immaginare cosa prova una persona che non vede o quasi non vede il mondo che lo circonda? Questa condizione è chiamata cecità: l'incapacità di percepire gli stimoli visivi dovuta a disturbi patologici nell'occhio stesso, nei nervi ottici o nel cervello. Nel 1972 Organizzazione mondiale La Sanità (OMS) ha adottato la seguente definizione: una persona è considerata cieca se è acuta visione centrale in condizioni di massima correzione non supera i 3/60. Con tale visione, una persona in condizioni di luce diurna con la massima correzione ottica non è in grado di contare le dita da una distanza di 3 metri.

Quindi, per questi casi, è stata proposta l'idea della stimolazione elettrica della retina o della corteccia visiva, creando una protesi che, secondo il meccanismo d'azione, imita i reali processi di trasmissione dei segnali elettrici.

Esistono diverse opzioni per gli impianti elettronici, ogni anno compaiono nuove idee, ma il termine stesso " Occhio bionico" (Bionic Eye) è stato sviluppato da Daniel Palanker dell'Università di Stanford e dal suo gruppo di ricerca sulla fisica biomedica e sulle tecnologie oftalmiche.

L'impianto del modello di occhio bionico Argus II (tra l'altro, l'unico modello con marchio UE, ma non certificato in Russia) è stato eseguito in Russia nel luglio 2017 per un paziente. E abbiamo sentito da tutte le fonti di trasmissione televisiva: ora una persona sarà in grado di vedere il mondo come prima. Centinaia di persone chiedono un occhio bionico e alcuni chiedono anche chip "impiantati" per la supervisione.

Allora cosa abbiamo oggi e può diventare realtà il sogno di vedere il mondo dopo aver perso di vista?

ASPETTI BIOLOGICI DELLE PROTESI DELLA RETINA

Per bionico si intendono protesi e parti impiantabili del corpo umano che sono simili nell'aspetto e nella funzione a organi o arti reali. Ad oggi, le persone hanno contribuito con successo vita piena braccia, gambe, cuori e organi uditivi bionici. Lo scopo dell'occhio elettronico è aiutare le persone ipovedenti con problemi alla retina o al nervo ottico. I dispositivi impiantati per sostituire la retina danneggiata dovrebbero sostituire milioni di cellule fotorecettrici nell'occhio, anche se non al 100%.
La tecnologia per gli occhi è simile a quella utilizzata nelle protesi acustiche che aiutano le persone sorde a sentire. Grazie a lei, i pazienti hanno meno probabilità di perdere visione residua e coloro che hanno perso la vista - vedere la luce e avere almeno una certa capacità di navigare da soli nello spazio.

ASPETTI TECNOLOGICI

Il principio generale di funzionamento dell'occhio elettronico è il seguente: una fotocamera in miniatura è incorporata in occhiali speciali, dai quali le informazioni sull'immagine vengono trasmesse a un dispositivo che converte l'immagine in un segnale elettronico e la invia a un trasmettitore speciale, che a sua volta invia un segnale elettronico a quello impiantato nell'occhio o nel cervello Il ricevitore, o l'informazione, viene trasmesso attraverso minuscoli fili agli elettrodi attaccati alla retina dell'occhio, stimolano i rimanenti nervi retinici inviando impulsi elettrici al cervello tramite i nervi ottici. Il dispositivo è progettato per compensare la perdita di sensibilità visiva con perdita della vista completa o incompleta.

Condizioni principali lavoro di successo sistemi:

ASPETTI MICROCHIRURGICI DELLE PROTESI

Sono operazioni importanti. Se descriviamo, ad esempio, l'impianto di un occhio bionico sottoretinico (situato sotto la retina), è necessario sollevare completamente la retina, quindi eseguire una retinectomia estesa (tagliare parte della retina), quindi installare questo chip sotto la retina , quindi cucire la retina con i chiodi retinali, incollare la retina con coagulazione laser e riempirla con olio di silicone. È necessario il tamponamento con silicone, altrimenti comparirà istantaneamente la PVR (vitreoretinopatia proliferativa) e si verificherà il distacco. Sì, non dovrebbe esserci nemmeno un cristallino proprio, oppure deve prima essere sostituito con un cristallino artificiale.

L'operazione richiede strumenti speciali con punte delicate in silicone. Questa è un'operazione completamente difficile, inoltre è necessario anche un chirurgo orofacciale o un chirurgo otorinolaringoiatra: fanno uscire gli elettrodi attraverso la pelle. E si scopre un dispositivo del genere: un chip all'interno dell'occhio e nelle mani di un dispositivo del genere delle dimensioni di cellulare, con il quale è possibile modificare l'intensità del segnale, è collegato agli elettrodi sottocutanei. Un chirurgo oculista durante l'operazione non è sufficiente: è necessario l'aiuto di altre discipline, l'operazione dura ben 6 ore.

ASPETTI ECONOMICI DELLA PROTESI

1. Innanzitutto, è costoso. Solo il dispositivo costa circa 150mila dollari, ovvero quasi 8,5 milioni di rubli. E l'intero trattamento di uno di questi pazienti può raggiungere i 10 milioni di rubli. Riguarda sul modello Argus II. Oggi in alcuni paesi, ad esempio in Germania, questa operazione è pagata dall'assicurazione.
2. Le aziende impegnate nello sviluppo e nella produzione in tutto il mondo vivono di sussidi statali, di sovvenzioni. È fantastico: queste cose dovrebbero essere supportate, altrimenti non ci sarà sviluppo.
3. In Russia non esiste alcun certificato per nessuno dei seguenti dispositivi.

ASPETTI MEDICI DELLA PROTESI

1. I risultati sono piuttosto modesti: dopo l'operazione, queste persone non possono essere definite vedenti, vedono al livello massimo di 0,05, cioè possono vedere i contorni e determinare la direzione del movimento dell'ombra, non distinguono affatto i colori, possono differire solo quegli oggetti che ricordano della precedente vita “vedente”, ad esempio: “sì, probabilmente è una banana , perché è qualcosa di semicircolare.” Vedono che qualcosa si muove su di loro, possono intuire che si tratta di una persona, ma non distinguono il suo volto.

2. Per quali malattie può essere utile l'occhio bionico?
I primi pazienti sono pazienti con retinite pigmentosa (retinite pigmentosa), una malattia con perdita primaria dei fotorecettori e atrofia secondaria del nervo ottico. In Russia ci sono 20-30mila pazienti di questo tipo, in Germania solo poche migliaia.

I pazienti con degenerazione maculare atrofica geografica sono i prossimi in fila. Questa è una patologia dell'occhio legata all'età estremamente comune.
Il terzo saranno pazienti affetti da glaucoma. Il glaucoma non è stato ancora affrontato, poiché l'atrofia del nervo ottico in questo caso è primaria, quindi il metodo di trasmissione dovrebbe essere diverso: bypassando il nervo ottico.

Il diabete è il problema più difficile da risolvere. Uno dei metodi per trattare le alterazioni diabetiche della retina è la coagulazione laser su tutta la superficie. Dopo tale procedura, è tecnicamente impossibile sollevare la retina a causa della coagulazione laser: questo risulta essere un "setaccio". E se non viene fatto con il laser, la situazione non è migliore: di solito l'occhio è così danneggiato che in questo caso l'impianto è inutile.

3. Sfortunatamente, l'attuale prototipo dell'occhio bionico non consente alle persone di vedere il mondo che ci circonda come lo vediamo noi. Il loro obiettivo è muoversi autonomamente senza assistenza. L’uso di massa di questa tecnologia è ancora lontano, ma gli scienziati daranno speranza alle persone che hanno perso la vista.

PROGETTI ATTUALI DELL'OCCHIO BIONICO

Negli ultimi decenni, scienziati di diversi paesi hanno lavorato all’idea degli occhi elettronici bionici. Ogni volta, le tecnologie vengono migliorate, ma nessuno ha ancora presentato il proprio prodotto al mercato per un uso di massa.

1. Protesi retinica Argus

La protesi retinica Argus è un progetto americano abbastanza ben commercializzato. Il primo modello è stato sviluppato da un team di ricercatori all’inizio degli anni ’90: l’oftalmologo di origine pakistana Mark Hameyun Eugene Deyan, l’ingegnere Howard Phillips, il bioingegnere Wentai Liu e Robert Greenberg. Il primo modello, pubblicato alla fine degli anni '90 da Second Sight, aveva solo 16 elettrodi.

Mark Hameyun ha condotto "prove sul campo" della prima versione della retina bionica su sei pazienti con perdita della vista dovuta a retinite pigmentosa tra il 2002 e il 2004. La retinite pigmentosa è una malattia incurabile in cui una persona perde la vista. Si verifica in circa un caso ogni tremila e mezzo persone.

I pazienti a cui è stato impiantato un occhio bionico hanno dimostrato la capacità non solo di distinguere la luce e il movimento, ma anche di identificare oggetti delle dimensioni di una tazza di tè o addirittura di un coltello.
Il dispositivo di prova è stato migliorato: invece di sedici elettrodi sensibili alla luce, al suo interno sono stati montati sessanta elettrodi chiamati Argus II. Nel 2007 è stato avviato uno studio multicentrico in 10 centri in 4 paesi negli Stati Uniti e in Europa, per un totale di 30 pazienti. Nel 2012, l’Argus II è stato approvato per l’uso commerciale in Europa e un anno dopo, nel 2013, negli Stati Uniti. In Russia non esiste alcun permesso.

Ad oggi, questi studi sono sovvenzionati fondi statali, negli Stati Uniti ce ne sono tre: il National Eye Institute, il Dipartimento dell'Energia e la National Science Foundation, oltre a numerosi laboratori di ricerca.

Ecco come appare il chip sulla superficie della retina

2. Protesi visiva basata su microsistemi (MIVP)

Il modello della protesi è stato progettato da Claude Veraart dell'Università di Lovanio come un bracciale a spirale di elettrodi attorno al nervo ottico nella parte posteriore dell'occhio. Si collega ad uno stimolatore impiantato in un piccolo foro nel cranio. Lo stimolatore riceve segnali da una telecamera esterna, che vengono tradotti in segnali elettrici che stimolano direttamente il nervo ottico.

Schema MIVP

3. Telescopio miniaturizzato impiantabile

In realtà, questo dispositivo non può essere definito una "protesi retinica" poiché questo telescopio è impiantato nella camera posteriore dell'occhio e funziona come una lente di ingrandimento che ingrandisce l'immagine retinica di 2,2 o 2,7 volte, riducendo così l'impatto sulla vista dei bovini ( punti ciechi) nella parte centrale del campo visivo. Viene impiantato in un solo occhio, poiché la presenza di un telescopio peggiora visione periferica. Il secondo occhio lavora per la periferia. Viene impiantato attraverso un'incisione abbastanza ampia nella cornea.

A proposito, un principio simile viene utilizzato nelle lenti intraoculari Charriott aggiuntive. Ho la più grande esperienza nell’impianto di queste lenti in Russia e i pazienti sono soddisfatti dei risultati. In questo caso viene prima eseguita la facoemulsificazione della cataratta. Anche se non è certamente un occhio bionico al 100%.

Maggiori informazioni su questo nei post precedenti:

• Impiantiamo un cristallino artificiale (ti servirà dopo 60 anni)

Sistema telescopico per videocamera posteriore occhi

4. Progetto MPDA Alpha IMS di Tubinga

Nel 1995 è iniziato lo sviluppo di protesi retiniche sottoretiniche presso l'Ospedale oculistico universitario di Tubinga. Sotto la retina è stato posizionato un chip con microfotodiodi che percepiscono la luce e la trasformano in segnali elettrici che stimolano le cellule gangliari, in modo simile al processo naturale nei fotorecettori di una retina intatta.

Naturalmente, i fotorecettori sono molte volte più sensibili dei fotodiodi artificiali, quindi richiedono un'amplificazione speciale.

I primi esperimenti su micropig e conigli sono stati avviati nel 2000 e solo nel 2009 sono stati impiantati impianti in 11 pazienti nell'ambito di uno studio clinico pilota. I primi risultati furono incoraggianti: la maggior parte dei pazienti era in grado di distinguere il giorno dalla notte, alcuni addirittura riconoscevano gli oggetti - una tazza, un cucchiaio e seguivano il movimento di oggetti di grandi dimensioni. A proposito, l'ulteriore destino di questi pazienti è stato triste: a tutti i partecipanti all'esperimento, anche a quelli che hanno visto qualcosa, secondo l'accordo firmato, gli "occhi bionici" sono stati rimossi e sono tornati al loro stato originale.

Ad oggi Alpha IMS, prodotto da Retina Implant AG Germania, dispone di 1500 elettrodi, dimensioni 3×3 mm, spessore 70 micron. Una volta posizionato sotto la retina, questo permette a quasi tutti i pazienti di sperimentare un certo grado di recupero della percezione della luce.

Tecnicamente questa complessa operazione in Germania viene eseguita solo in tre centri: ad Aquisgrana, Tubinga e Lipsia. Di conseguenza, questo viene fatto dai chirurghi della cosiddetta Scuola di Colonia, studenti del professore di chirurgo vitreoretinico Heinemann, che sfortunatamente morì abbastanza presto di leucemia, ma tutti i suoi studenti divennero capi dipartimento a Tubinga, Lipsia e Aquisgrana .

Questo gruppo di scienziati scambia esperienze, conduce sviluppi scientifici congiunti, questi chirurghi (ad Aquisgrana - il professor Walter (questo è il suo cognome), a Tubinga - il professor Barz-Schmitz) hanno la più grande esperienza nel lavorare con gli occhi bionici, perché in questo caso 7-8 -10 impianti sono considerati una grande esperienza.

Alpha IMS sul fondo

5. Impianto retinico di Harvard/MIT

Joseph Rizzo e John Wyatt del Massachusetts iniziarono a ricercare la fattibilità di una protesi retinica nel 1989 e testarono la stimolazione su volontari ciechi tra il 1998 e il 2000. Ad oggi, questa è l’idea di un dispositivo neurostimolatore sottoretinico wireless minimamente invasivo, costituito da una massa di elettrodi, che viene posizionato sotto la retina nello spazio sottoretinico e riceve segnali di immagine da una telecamera montata su un paio di occhiali. Il chip stimolatore decodifica i dati dell'immagine dalla fotocamera e stimola di conseguenza cellule gangliari retina. La protesi di seconda generazione raccoglie i dati e li trasmette all'impianto tramite campi a radiofrequenza provenienti dalla bobina trasmittente montata sugli occhiali. La bobina secondaria del ricevitore è cucita attorno all'iride.

Modello di impianto retinico MIT

6. Retina di silicio artificiale (ASR)

I fratelli Alan Chow e Vincent Chow hanno sviluppato un microchip contenente 3.500 fotodiodi che rilevano la luce e la convertono in impulsi elettrici che stimolano le cellule gangliari retiniche sane. La “retina in silicone artificiale” non richiede l'utilizzo di dispositivi esterni. Il microchip ASR è un chip di silicio di 2 mm di diametro (stesso concetto dei chip dei computer), spesso 25 micron, contenente circa 5000 microscopiche celle solari chiamate "microfotodiodi", ciascuna con il proprio elettrodo di stimolazione.

7. Protesi retinica fotovoltaica

Daniel Palanker e il suo gruppo dell'Università di Stanford hanno sviluppato un sistema fotovoltaico, che è anche l'“occhio bionico”. Il sistema include un fotodiodo sottoretinico e infrarossi sistema di proiezione immagine montata sugli occhiali video.

Le informazioni provenienti dalla videocamera vengono elaborate nel dispositivo e visualizzate in un'immagine video a infrarossi pulsati (850-915 nm). L'immagine infrarossa viene proiettata sulla retina attraverso l'ottica naturale dell'occhio e attiva i fotodiodi nell'impianto sottoretinico, che convertono la luce in bifasica pulsata elettricità in ogni pixel.

L'intensità del segnale può essere ulteriormente aumentata aumentando la tensione complessiva fornita dal driver RF dell'alimentatore impiantabile.

La somiglianza tra elettrodi e cellule neuronali necessaria per la stimolazione ad alta risoluzione può essere ottenuta utilizzando l'effetto della migrazione retinica.

Modello Palanker

8Visione bionica Australia

Un team australiano guidato dal professor Anthony Burkitt sta sviluppando due protesi retiniche.

Il dispositivo Wide-View combina nuove tecnologie con materiali che sono stati utilizzati con successo per altri impianti clinici. Questo approccio include un microchip con 98 elettrodi stimolanti e mira ad aumentare la mobilità dei pazienti per aiutarli a muoversi in sicurezza nel loro ambiente. Questo impianto verrà posizionato nello spazio sovracoroideale. I primi test sui pazienti con questo dispositivo sono iniziati nel 2013.

Bionic Vision Australia è un impianto di microchip con 1024 elettrodi. Questo impianto viene posizionato nello spazio sovracoroideale. Ogni prototipo è costituito da una telecamera fissata a un paio di occhiali che invia un segnale a un microchip impiantato, dove viene convertito in impulsi elettrici per stimolare i restanti neuroni retinici sani. Queste informazioni vengono poi trasmesse al nervo ottico e ai centri di elaborazione della vista del cervello.

L'Australian Research Council ha assegnato a Bionic Vision Australia una sovvenzione di 42 milioni di dollari nel dicembre 2009 e il consorzio è stato lanciato ufficialmente nel marzo 2010. Bionic Vision Australia riunisce un team multidisciplinare, molti dei quali con una vasta esperienza di sviluppo dispositivi medici come "orecchio bionico".

Modello Bionic Vision Australia

Grazie ai ricercatori dell'Institute of Bionics (Melbourne, Australia) e della società evok3d, che lavorano su un "occhio bionico", le persone affette da retinite pigmentosa e degenerazione molecolare legata all'età, in futuro, potranno ripristinare la vista. Le procedure di restauro richiedono le cellule gangliari rimanenti del paziente, un nervo ottico sano e una corteccia visiva sana. In questo caso, una persona ha l'opportunità di riacquistare la vista.

Per realizzare un prototipo dell'occhio, nonché uno stampo per fonderlo, gli scienziati dell'Istituto di Bionica hanno chiesto aiuto agli specialisti di evok3d, un'azienda specializzata in servizi e stampa 3D " occhio artificiale» ha utilizzato una stampante 3D ProJet 1200.

Ci volevano solo quattro ore per stampare un prototipo sulla ProJet 1200, prima dell'avvento della stampa 3D ci volevano settimane o addirittura mesi per realizzarlo. È così che la stampa 3D ha accelerato il processo di ricerca e sviluppo e di produzione.

Bionico sistema visivo comprende una telecamera che trasmette segnali radio a un microchip situato nella parte posteriore dell'occhio. Questi segnali vengono convertiti in impulsi elettrici che stimolano le cellule della retina e del nervo ottico. Quindi vengono trasmessi alle aree visive della corteccia cerebrale e convertiti in un'immagine che il paziente vede.

9. Occhio di Dobelle

Simile nella funzione al dispositivo Harvard/MIT (6), ad eccezione del chip stimolatore, che è impiantato direttamente nel cervello nella corteccia visiva primaria, anziché sulla retina. La prima impressione dell'impianto non è stata male. Ancora in fase di sviluppo, dopo la morte di Dobel, si è deciso di trasformare questo progetto da commerciale a finanziato dallo stato.

Diagramma Occhio di Dobelle

10. Protesi visiva intracorticale

Il Neural Prosthesis Laboratory dell’Illinois Institute of Technology di Chicago sta sviluppando una protesi visiva utilizzando elettrodi intracorticali. In linea di principio, analogamente al sistema Dobel, l'uso di elettrodi intracorticali consente di aumentare significativamente la risoluzione spaziale dei segnali di stimolazione (più elettrodi per unità di superficie). Inoltre, è in fase di sviluppo un sistema di telemetria wireless per eliminare la necessità di cavi transcranici (intracranici). Gli elettrodi rivestiti con uno strato di pellicola di ossido di iridio attivato (AIROF) verranno impiantati nella corteccia visiva, situata nel lobo occipitale del cervello. L'unità esterna catturerà l'immagine, la elaborerà e genererà istruzioni, che verranno poi trasmesse ai moduli impiantati tramite un collegamento telemetrico. Il circuito decodifica le istruzioni e stimola gli elettrodi, stimolando a loro volta la corteccia visiva. Il gruppo sviluppa sensori sistema esterno acquisizione ed elaborazione delle immagini per accompagnare i moduli impiantabili specializzati integrati nel sistema. Sono attualmente in corso studi sugli animali e studi psicofisici sull'uomo per testare la fattibilità dell'impianto nei volontari.

Chip sullo sfondo della moneta

TOTALE

Ora tutto è in una fase, se non primaria, ma di uno sviluppo così secondario che non si parla di sfruttamento di massa e di risoluzione di tutti i problemi in generale. Sono troppo poche le persone operate e non si può parlare di produzione di massa. Attualmente tutto questo è ancora in fase di sviluppo.

I primi lavori iniziarono più di 20 anni fa. Nel 2000-2001 qualcosa cominciò a funzionare sui topi. Ora abbiamo ricevuto i primi risultati sugli esseri umani. Quindi questa è la velocità.

Finché non ci sarà qualcosa di serio potrebbero passare altri vent'anni. Siamo in una fase molto, molto iniziale in cui abbiamo il primo effetto positivo- riconoscimento dei contorni, della luce e non per tutti - non possono ancora prevedere chi aiuterà e chi no.
I chirurghi coinvolti in questi esperimenti si contano sulle dita.

L'impianto di una protesi è possibile solo con scopo pubblicitario. Questi lavori dovrebbero essere eseguiti da persone che abbiano l'opportunità di eseguire 100-200 operazioni all'anno all'interno di un gruppo di progetto al fine di creare massa critica. Quindi si capirà in quali casi ci si può aspettare l'effetto. Tali programmi dovrebbero essere sovvenzionati dal bilancio o da fondi specializzati.

Sebbene non esista ancora un modello perfetto, tutti quelli esistenti dovranno essere migliorati, secondo gli scienziati in futuro occhio elettronico può sostituire la funzione delle cellule della retina e aiutare le persone ad acquisire anche la minima capacità di vedere affette da malattie come la retinite pigmentosa, la degenerazione macchia gialla, cecità senile e glaucoma.

Se hai le tue idee su come utilizzare la tecnologia per restituire la vista alle persone (anche se in modi difficili da implementare), ti suggeriamo di discuterne di seguito.

E la storia delle lenti a contatto bioniche, il potenziale dell'editing genomico, come si possono sentire i colori attraverso qualcosa impiantato nel cervello - nei post seguenti.

Riesci a immaginare un mondo di oscurità intorno a te? Per alcuni di noi questa è una realtà terribile che dobbiamo sopportare e alla quale dobbiamo abituarci. Fortunatamente, gli scienziati sono sul punto di scoprirlo nuova tecnologia per ripristinare la funzione visiva. Un team di chirurghi dell'UCLA ha recentemente impiantato con successo il primo stimolatore visivo al mondo nel cervello di un paziente di 30 anni che desiderava rimanere anonimo.

Storia di una donna sconosciuta

La paziente ha iniziato a perdere rapidamente la vista nel 2008. La condizione è stata innescata da una malattia rara chiamata sindrome di Vogt-Koyanagi-Harada. La malattia colpisce l'iride dell'occhio. Un anno dopo, la nostra eroina senza nome ha scoperto cosa completa cecità. Perdere la vista, però, non significa perdere la speranza. Otto anni dopo, una donna può vedere di nuovo con un occhio bionico. Un minuscolo stimolatore simile ad una videocamera viene posizionato nella parte posteriore del cervello del paziente.

Come funziona questa tecnologia?

Il dispositivo, impiantato nel cervello di un paziente cieco, è stato sviluppato dal programma Orion I. Questo piccolo chip è una serie di minuscoli elettrodi e, di fatto, continua lo sviluppo di Argus II, rilasciato lo scorso anno al Royal Manchester Hospital. Tutti questi elettrodi in miniatura sono assemblati in un fascio e fatti uscire attraverso una fessura nel cranio tramite un'antenna. I segnali vengono inviati alla corteccia visiva tramite un computer. Si noti che l'occhio bionico inglese richiede che il paziente entri senza fallire alcune cellule funzionanti della retina sono state preservate.

La nuova tecnologia americana è stata sviluppata per tutti coloro che sono completamente ciechi. Pertanto, il sistema invia segnali direttamente al cervello, bypassando il nervo ottico. E in teoria potrebbe funzionare come procedura riparativa per i non vedenti. Se le ipotesi dei medici saranno confermate, avremo una vera svolta. Impiantando un occhio bionico, anche i pazienti che lo hanno perso a causa dello sviluppo di un tumore canceroso potranno ripristinare la vista.

Operazione di quattro ore

I chirurghi hanno impiegato solo quattro ore per posizionare l'impianto nel cervello del paziente. L’operazione stessa ha avuto luogo nell’agosto di quest’anno e ci è voluto del tempo per testare la tecnologia. I medici hanno praticato un piccolo foro nella parte posteriore del cranio del paziente e poi hanno posizionato uno stimolatore con minuscoli elettrodi nella corteccia visiva. Non restava che posizionare le antenne in miniatura nel ricevitore, che riceve i segnali dal computer e li invia attraverso il foro direttamente al cervello. È stata quindi programmata una prova di sei settimane per testare l'occhio bionico.

Test di sei settimane

I medici tendono a valutare i risultati dei test come positivi. Per sei settimane, la donna ha visto i segnali esatti che le erano stati inviati attraverso il computer. Era in grado di distinguere lampi, macchie e linee colorate. Ecco cosa afferma la dottoressa Puratyan, che ha supervisionato lo studio: “Nel momento in cui la paziente è stata in grado di distinguere i colori per la prima volta, ha vissuto un'esperienza emotiva indimenticabile. La sua gioia sincera ha toccato tutti noi nel profondo. Dai primi test notiamo che il sistema che abbiamo sviluppato ha un grande potenziale. In futuro aiuterà a restituire la vista ai ciechi”.

In attesa dell'approvazione della tecnologia

Prima di continuare gli esperimenti e migliorare l'occhio bionico, gli scienziati stanno aspettando l'approvazione da parte dell' vigilanza sanitaria per la qualità prodotti alimentari e medicinali negli Stati Uniti. Tieni presente che questo procedura standard. Presumibilmente l’autorizzazione per l’utilizzo su larga scala verrà ottenuta all’inizio del 2017.

Test successivi e miglioramenti

I successivi test del sistema Orion I saranno integrati da occhiali con videocamera incorporata. Il dispositivo portatile verrà collegato all'impianto. Pertanto, una persona sarà in grado di vedere tutto ciò che la fotocamera può catturare. Si noti che questo è il primo sviluppo tecnologico che ha raggiunto risultati così significativi. Se è possibile bypassare la funzione del nervo ottico, compaiono persone cieche a causa del glaucoma, della retinopatia diabetica o di varie lesioni vera possibilità vedi la luce.

Occhio bionico Argus II. Foto: Seconda Vista

In Russia, per la prima volta, è stata effettuata un'operazione per impiantare una retina bionica, e presto una persona che ha perso la vista 25 anni fa potrà di nuovo vedere il mondo. Anche se non allo stesso modo delle persone sane. Il direttore del Centro di ricerca di oftalmologia dell'Università medica nazionale di ricerca russa intitolato a N.I. Pirogov, creato sulla base del Centro federale di ricerca scientifica di otorinolaringoiatria dell'Agenzia federale medica e biologica, il professor Hristo Takhchidi ha spiegato a Mednovosti come funziona l'occhio bionico quando diventa disponibile per migliaia di altri pazienti, qual è l'importanza di questo esperimento per scienza e ciò che è necessario per il successo di qualsiasi progetto scientifico e clinico.

Christo Takhchidi. Foto: Irina Reznik

Hristo Periklovich, è trascorsa una settimana dall'operazione, possiamo già trarre qualche conclusione?

"È ancora troppo presto. Ora tutta l'elettronica è spenta, è in corso il classico periodo postoperatorio: le ferite si chiudono e cicatrizzano, i tessuti si adattano, il tono degli occhi migliora, la circolazione del fluido intraoculare migliora. E stiamo monitorando questi processi, calmando l'occhio, riportandolo alla normalità e aspettando la fine della risposta biologica all'impianto di materiali estranei. Tutti questi materiali non sono biologici (cioè non si tratta di una reazione immunologica a una proteina estranea), sono quasi completamente inerti e sono accettati dal corpo umano.

Cos'è comunque un occhio bionico?

- Si tratta di un sistema elettronico progettato per svolgere la funzione di un occhio.Permette di stabilire una connessione con il cervello attraverso l'elettronica e di ricreare la catena naturale, quindi disturbata dalla malattia della retina. La parte esterna del design sono occhiali con un'antenna e una microcamera che cattura un'immagine e la trasmette a un trasduttore attaccato al lato della cintura di una persona. Qui l'immagine si trasforma in microimpulsi elettrici, che poi raggiungono la retina e ne stimolano la rimanente neuroni funzionali, dopodiché l'immagine entra nel cervello.

Anche la parte interna, l'occhio bionico stesso, è composta da diversi elementi. Uno di loro - chip elettronico con 60 elettrodi - viene impiantato all'interno dell'occhio, mentre altri sono attaccati al bulbo oculare sulla sua superficie. Ma li abbiamo anche immersi un po' più in profondità in modo che non interferiscano e non siano visibili. Lavoravamo per la prima volta con l'elettronica, dovevamo controllarla in ogni fase dell'intervento, durante la quale l'impianto poteva danneggiarsi. L'elettronica inizierà due settimane dopo l'operazione, qualche tempo dopo il 19 luglio. A questo punto, i tessuti oculari dovrebbero rigenerarsi naturalmente. E poi vedremo se la retina risponde a uno stimolo elettrico, e se c'è un collegamento con il cervello.

Cosa vedrà il tuo paziente?

“Questi sistemi permettono di vedere un’immagine astratta in bianco e nero sotto forma di determinate configurazioni di figure luminose. Ricorda un'immagine pixelata, ma finora con una risoluzione molto bassa. Ma questo dà a una persona la riabilitazione sociale, sarà molto più facile per lui navigare nello spazio. Dopo aver completato l'addestramento secondo un programma speciale, saprà cosa significano le figure luminose che gli arrivano sulla retina e poi nel cervello: una porta, una finestra o un piatto. Nel tempo, l'apparato, ovviamente, migliorerà e fornirà un'immagine più vicina a quella che trasmette la visione naturale.

Un progetto del genere può aiutare una persona cieca? Quali sono i criteri generali con cui vengono selezionati i pazienti?

- I criteri sono piuttosto specifici. Innanzitutto, il paziente deve avere retinite pigmentosa (degenerazione retinica). Questa è una malattia classica che colpisce la periferia della retina, restringendo gradualmente il campo visivo fino a quando, alla fine, questa finestra non si chiude completamente. Si tratta di una malattia con una certa componente ereditaria che si sviluppa secondo il proprio scenario biologico, che purtroppo non è ancora sotto il nostro controllo, sebbene sia già stato trovato il gene responsabile del suo sviluppo. Il processo va avanti da decenni e ne sono colpiti soprattutto i ragazzi che diventano ciechi all'età di 30-35 anni.

Ma, sebbene una persona non abbia una visione oggettiva, questa non è cecità assoluta, quando non c'è alcuna sensazione di luce. E questo aspetto è la seconda condizione per l'impianto, una persona deve mantenere la percezione della luce con una proiezione errata. Cioè, non vede da dove viene la luce, ma per lui esistono i concetti di luce e oscurità. Inoltre, ci sono requisiti per condizione generale salute, vengono prese in considerazione le malattie croniche dello stesso occhio.

Il nostro paziente ha 59 anni e non vede da oltre 25 anni. Viene da Chelyabinsk, in gioventù è riuscito a ottenere una professione, ha lavorato come operatore di fresatrice. Ad oggi ha anche un grave deficit uditivo (finora tra coloro a cui è stato impiantato un occhio bionico non ci sono stati pazienti con problemi di udito) e un apparecchio acustico lo aiuta a comunicare. È un ottimista, determinato ad avere successo, e questo aiuta molto nella nostra causa comune.

Occhio bionico Argus II. Foto: Seconda Vista

Quali requisiti deve soddisfare una clinica in grado di eseguire impianti?

- Ce ne sono molti. La clinica deve disporre delle attrezzature più moderne e di specialisti altamente qualificati che possiedono le tecnologie più avanzate, solo allora viene generalmente presa in considerazione la questione della partecipazione al programma. Vengono effettuati test annuali per valutare attrezzature, attrezzature, materiali di consumo. Gli specialisti vengono addestrati e testati e dopo un po' le unità ricevono il via libera. Il nostro Centro, istituito nel 2015 sulla base della Federal centro scientifico e clinico otorinolaringoiatria della FMBA della Russia, ha superato questa selezione.

È necessario anche perché ora siamo proprio all’inizio del lavoro in questa direzione. Il progetto sta attraversando la fase di sperimentazione clinica: una piccola esperienza mondiale comprende circa 300 operazioni di questo tipo eseguite nei dieci anni di esistenza della tecnologia. E se parliamo di questo, modello più avanzato... impianto bionico"Argus-II" - quindi solo poche dozzine di operazioni. Pertanto, dovresti escludere completamente il fattore umano ed essere sicuro che venga testato solo il sistema stesso: come funziona, cosa c'è di positivo o negativo in esso, cosa dovrebbe essere migliorato, quale dovrebbe essere la prossima modifica.

- La parte ingegneristica è compito dello sviluppatore del sistema. Questa è la società americana "Second Sight", uno dei maggiori produttori di impianti uditivi cocleari. Concettualmente, l'idea è la stessa qui: gli impianti cocleari sono simili nel design a questo sistema. Gli elettrodi vengono inseriti orecchio interno per il contatto con nervo uditivo, che è irritato dagli impulsi microelettrici provenienti dal convertitore. Quando l'esperienza con gli impianti cocleari ne ha dimostrato l'efficacia, l'azienda ha avuto l'idea di fare lo stesso nel campo dell'oftalmologia. Ma, ovviamente, è molto più difficile lavorare con la retina che con il nervo uditivo: si tratta di sistemi completamente diversi.

Per quanto riguarda la chirurgia, la tecnologia oftalmica è stata sviluppata dai nostri colleghi stranieri, che sono diventati pionieri in questo campo. Ora siamo coinvolti in questo processo scientifico e clinico, utilizzando questa tecnologia, notiamo alcune sfumature che possono essere modificate, rese, a nostro avviso, migliori. Il pensiero umano è sempre alla ricerca di una risposta alla domanda: come ottenere la massima efficienza e renderlo tecnicamente più semplice. Ora abbiamo assemblato questa struttura ed è già diventato chiaro che se la riduciamo due volte, sarà più facile impiantarla e sarà più conveniente manipolarla.

Se guardi questa storia punto scientifico vista, quindi fatto piccolo passo sulla strada per comprendere come funziona il nostro sistema visivo. Oggi sappiamo un po’ di più dell’occhio, meno della retina e ancora meno del nervo ottico, che conduce le vie dell’analizzatore corticale. Naturalmente ci sono alcune ipotesi, ma come ciò avvenga effettivamente deve ancora essere decifrato. La comunicazione tra il cervello di un paziente a cui è stata impiantata una retina bionica e l'immagine avverrà attraverso un sistema elettronico creato da una persona che ne capisce il funzionamento. E, grazie a ciò, appare un elemento di codice per decifrare il grande segreto della natura chiamato visione.

Hai già iniziato a prepararti per la prossima operazione del genere? E' previsto?

Sì, è previsto per l'autunno.

E tali operazioni possono essere messe in atto? Quanti russi in generale necessitano di un impianto retinico bionico?

- L'incidenza di tale patologia è di circa una persona su 4-5mila. Cioè circa 40-50mila per l'intera Russia. E, quindi, nei prossimi anni diverse migliaia di persone avranno bisogno di un'operazione del genere. Il sistema Argus II stesso costa circa 10 milioni di rubli e ora diverse fondazioni di beneficenza si sono fatte carico del suo pagamento. (“Connessione”, “Arte, Scienza e Sport”). Ma in linea di principio, tutto è possibile se imposti un compito del genere. Un tempo, il compito era quello di introdurre tecnologie microchirurgiche e fornire alla popolazione l'impianto di una lente artificiale.

E all'inizio sembrava anche una fantasia.

- Nel marzo 1986 è stato creato un programma governativo della MNTK "Microchirurgia oculare", guidato dall'accademico Svyatoslav Nikolaevich Fedorov. Sono stato in questo progetto dal primo giorno. E uno dei padrini di questo programma è stato il primo ministro Nikolai Ivanovich Ryzhkov, grazie al suo aiuto, nel corso di tre anni, abbiamo costruito 12 centri in tutto il paese. La costruzione di ciascuna clinica è costata 9-10 milioni di rubli, e circa 1,5 milioni in più sono andati alle attrezzature: questo è il prezzo della questione. Per l’Unione Sovietica si trattava generalmente di pochi centesimi. Ora funzionano in sicurezza e provvedono ai bisogni dell’intero Paese e, inoltre, hanno formato anche altri medici in questa tecnologia. E già nel 2010, il Ministero della Salute ha riferito che oltre il 95% delle operazioni nel Paese vengono eseguite con metodi microchirurgici. Cioè, il compito che una volta il governo dell'Unione ci aveva assegnato è stato pienamente completato.

Cioè, in 20-25 anni il problema è stato risolto su scala nazionale.

— Sì, ed è stato deciso in modo tale da raggiungere il livello più alto nell'oftalmologia mondiale. I pazienti hanno cominciato a venire da noi paesi sviluppati. Quando ero direttore generale della MNTK MG, operavamo fino a cinquemila stranieri: tedeschi, italiani, residenti nei paesi ricchi Golfo Persico. E nel 2009 abbiamo festeggiato la cinquemilionesima operazione. Il sistema esaminava un milione di pazienti ogni anno. E questo non era il limite, in alcune filiali, dove si sono stretti i rapporti con le aziende sanitarie regionali, che hanno inviato qui tempestivamente i pazienti, le cifre erano il doppio.

Cosa era necessario per questo? Persone. Innanzitutto un leader che riesce a raccogliere intorno a sé gli stessi appassionati, ragazzi giovani e carichi, pochi soldi e tanta voglia. E la cosa principale era non interferire, sviluppare il progetto: siamo stati in grado di comprendere tutti i pro e i contro delle tecnologie esistenti nel mondo, migliorarle e, per questo, portare l'oftalmologia domestica a livello mondiale.

Quindi, ho una ricca esperienza pratica nell'introduzione di tecnologie nell'oftalmologia sovietica e russa che semplicemente non esistevano prima, nonché esperienza nel miglioramento continuo dei metodi implementati. E ne ha avuto un altro serio vantaggio competitivo che ha influenzato la scelta della nostra clinica del Centro nazionale di ricerca oftalmologica russo per il primo impianto di un occhio bionico.

Si può sostenere con cautela che stiamo assistendo a una rivoluzione bionica emergente. L'ingegneria e la chirurgia consentono alle persone di ritrovare i sentimenti perduti. Ad esempio, ha scritto Lifehacker, capace di compensare una persona per il senso del tatto arto amputato. Il materiale di oggi è dedicato a un'altra sensazione umana: la visione. È visivamente che otteniamo maggior parte informazioni che ci arrivano dal mondo esterno. Purtroppo il modo di vivere uomo moderno E malattie congenite offuscare la nostra visione. In alcuni casi arriveranno in soccorso, in quelli più complessi, protesi ultramoderne. Ti offriamo la possibilità di conoscere due sviluppi simili degli occhi bionici, che sono in grado di ripristinare parzialmente la vista in situazioni apparentemente senza speranza.

Consideriamo gli sviluppi di maggior successo che sono già in fase di sperimentazione su pazienti reali.

Sistema di protesi retinica Argus II

Alla fine di gennaio, i chirurghi americani hanno eseguito un'operazione per impiantare una retina artificiale in un paziente affetto da retinite pigmentosa. E' degenerato malattia ereditaria caratterizzato da una graduale perdita di sensibilità alla luce della retina. L'impianto è un foglio di 60 elettrodi posizionati nell'occhio. Speciali occhiali elettronici sono dotati di una videocamera che cattura l'immagine dagli occhiali. Il segnale ricevuto viene trasmesso come una serie di impulsi agli elettrodi che stimolano le restanti fibre nervose del paziente.

Argus II non fornisce il quadro abituale di una visione normale. Invece, la macchina consente ai pazienti di vedere lampi di luce, che possono imparare a interpretare come schemi visivi. Il processo di formazione dura da uno a tre mesi. Naturalmente la protesi è ancora lontana dall’essere perfetta, ma lo sviluppo è ancora in corso. giusta direzione. Nel corso del tempo, gli scienziati intendono migliorare la loro tecnologia. Il costo senza intervento chirurgico è di $ 150.000.

Alfa IMS

Forse uno sviluppo più interessante delle menti tedesche. Il principio è simile. L'occhio bionico controlla l'intensità della luce utilizzando elettrodi impiantati sotto la retina del paziente prima che venga immessa in un microchip responsabile dell'invio del segnale direttamente al cervello. Pertanto, il cervello elabora i dati di un occhio umano sano che gli sono familiari. Di conseguenza, il paziente vede un'immagine in bianco e nero. Un dimmer è montato dietro l'orecchio e l'intero sistema funziona in modalità wireless, alimentato da una batteria tascabile.

La protesi ha molto grande quantità elettrodi rispetto allo sviluppo americano. 1500 contro 60, offrendo così un'immagine con risoluzione e chiarezza molto maggiori. Il posizionamento dell’impianto dietro la retina consente inoltre al paziente di girare gli occhi e la testa in modo più naturale.

Nove pazienti sono già stati protesizzati, otto interventi hanno avuto successo. Il feedback dei soggetti del test è incoraggiante. I pazienti potevano farlo grandi progetti distinguere i movimenti della bocca, come un sorriso, rilevare la presenza di occhiali sul volto dei passanti e riconoscere posate, telefoni e piccoli dettagli delle cose. Nel campo della visione distante, i pazienti potevano distinguere la linea dell'orizzonte, le case, gli alberi e i fiumi.

Ulteriori test sono in corso nei paesi europei. Gli scienziati stanno testando la stabilità e la sicurezza a lungo termine dell'impianto. I ricercatori sperano anche di svilupparsi metodi speciali imparare ad aiutare i pazienti a migliorare la loro capacità di riconoscimento degli oggetti.

Ci auguriamo che le tecnologie annunciate vengano riconosciute come completamente sicure per un uso a lungo termine e che il loro prezzo venga notevolmente ridotto.

I chirurghi britannici hanno eseguito un'operazione che l'umanità poteva solo sognare o leggere qualche anno fa. romanzi fantasy. Gli oftalmologi hanno restituito la vista a due pazienti. Hanno impiantato il cosiddetto occhio bionico nella retina.

Questo piccolo dispositivo ricorda una videocamera. L'obiettivo si trova su occhiali speciali e l'immagine viene trasmessa attraverso il nervo ottico direttamente al cervello. Dal punto di vista di una persona che vede, la qualità dell'immagine lascia ancora molto a desiderare. Ma per chi ha perso la vista, questa è una vera salvezza.

Il corrispondente di NTV Yevgeny Ksenzenko ha compreso le complessità dell'occhio elettronico :

Gli occhiali da sole di Linda Moorfoot non sono protezione dalla luce, ma capacità di vederla. Dall'esterno sembra che una coppia normale vada a fare una passeggiata, ma in realtà Linda è una delle prime persone che gli scrittori di fantascienza chiamavano cyborg mezzo secolo fa.

Linda Moorfoot: "Posso lanciare la palla nel canestro con mio nipote. Posso vedere mia nipote ballare sul palco. Posso distinguere gli oggetti."

Linda vede con un occhio bionico. Una piccola videocamera è incorporata nei suoi occhiali. Cattura un'immagine e poi la converte in segnali elettronici, che a loro volta entrano in modalità wireless in un chip impiantato nella retina.

Decifra gli impulsi e, utilizzando una griglia di elettrodi, trasmette le informazioni al cervello attraverso il nervo ottico. Questo processo naturale. Tranne il risultato: la qualità dell'immagine. Dipende dal numero di elettrodi.

Puoi provare a immaginare cosa vede Linda quando indossa gli occhiali con una videocamera. 16 elettrodi consentono un bel po'. Ma uno sguardo con l'aiuto di 60 elettrodi è già qualcosa. Questo è il modo in cui lo vedono oggi solo 15 persone al mondo. In futuro: un'immagine chiara, ma in bianco e nero. Anche se dopo tali risultati c'è chiaramente un passo verso il mondo dei colori.

Il primo passo è stato fatto nel laboratorio americano del professor Mark Hameyun. Non ha dubbi che in futuro, invece di 60 elettrodi fotosensibili, se ne potrebbero utilizzare migliaia.

Mark Hameyun, professore di oftalmologia: "Lo chiamiamo visione artificiale. È diverso da quello che vediamo. Il cervello deve abituarsi. È come osservare lo sviluppo di un bambino. Prima gattona e solo dopo cammina e corre.

Anche gli scienziati scettici confermano che un occhio bionico può sostituirne uno vero.

John Marshall, professore di oftalmologia: "Sono assolutamente a favore di questa tecnologia. Ma devo aggiungere che non sarà disponibile immediatamente. C'è ancora molto lavoro da fare per mettere a punto il sistema a beneficio dell'occhio."

Gli specialisti russi ritengono che questa tecnologia non possa essere prodotta in serie. Dopotutto, un'operazione del genere è costosa: da 30mila dollari.

Christo Takhchidi, Amministratore delegato complesso scientifico e tecnico intersettoriale "Microchirurgia oculare" dal nome. S. N. Fedorova: "Puoi fare qualcosa di straordinario che uno specialista al mondo può fare. Non interessa a nessuno dal punto di vista dell'applicazione. Cioè, deve essere semplificato, portato a un livello in cui può essere eseguito da una persona di media abilità: un medico chirurgo, un biologo.

Scienziati britannici e americani promettono che tra tre anni Linda non avrà più bisogno di portare gli occhiali. I laboratori stanno sviluppando una videocamera più piccola di un pisello. Con il suo aiuto sarà possibile distinguere anche i volti delle persone. Se l'esperimento ha successo, allora Occhiali da sole può essere indossato solo come indicato.

Un po' di storia

L'occhio bionico è essenzialmente simile a un apparecchio acustico: il dispositivo ripristina la funzione perduta del corpo, in questo caso la vista. Gli elettrodi impiantati stimolano la retina, che trasmette l'immagine al nervo ottico. L'“immagine” stessa è formata da videocamere montate su occhiali. Le immagini catturate dalla telecamera vengono trasmesse a un chip che genera impulsi che vengono percepiti dal cervello come immagini. Uno degli strumenti è stato sviluppato nel 2005 dal professor Ghislin Daneili della Johnson Hopkins University di Baltimora.
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Il professore di oftalmologia Mark Hameyun dell'Eye Institute dell'Università della California del Sud (USA) suggerisce che entro il 2009 una protesi oculare potrà essere vista sul mercato dei consumatori ad un prezzo intorno ai quindicimila sterline.
La prima versione della protesi retinica sviluppata dal suo gruppo era già stata sottoposta ai cosiddetti test "sul campo" nel 2007, durante l'esperimento la retina bionica è stata impiantata in sei pazienti con perdita della vista a causa della retinite pigmentosa. La retinite pigmentosa è una malattia incurabile in cui una persona perde la vista (si verifica in circa un caso ogni tremila e mezzo persone). I pazienti a cui è stato impiantato un occhio bionico hanno dimostrato la capacità non solo di distinguere la luce e il movimento, ma anche di identificare oggetti delle dimensioni di una tazza di tè o addirittura di un coltello. Alcuni di loro hanno riacquistato la capacità di leggere le lettere grandi.
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Nel 2008 è stata realizzata anche un'invenzione da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), i quali sostengono che il loro sviluppo in pochi anni "sarà in grado di restituire la vista parzialmente perduta a persone affette da una malattia degenerativa degli occhi".

Gli scienziati sono riusciti a creare un impianto bioelettronico non più grande di una gomma da matita, che posizioneranno dietro la retina sul retro bulbo oculare- l'immagine verrà trasmessa al cervello "tramite connettori non più spessi di un capello umano". Lo sviluppo è già al vaglio della Food and Drug Administration statunitense, e i ricercatori intendono testare la tecnologia sugli animali quest’estate.
Tuttavia, questa invenzione non sarà in grado di aiutare i ciechi dalla nascita o le persone affette da glaucoma: la procedura è consentita solo a coloro che hanno cellule del nervo ottico intatte.

HD HD: teoria

Quando creano impianti elettronici intraoculari, la maggior parte degli autori commette un errore: rifiuta il "resto" della visione che ancora esiste e cerca di sostituirlo con una fotocamera. Ma se verrà creato un ibrido bioelettronico si otterrà un quadro interessante.
Daniel Palanker dell'Università di Stanford e il suo gruppo di fisica biomedica e tecnologie oftalmiche hanno sviluppato un'originale protesi retinica ad alta risoluzione, o "Occhio bionico", che presenta una serie di vantaggi rispetto ai precedenti progetti di trattamento della cecità utilizzando impianti elettronici.

Il degrado della retina legato all’età, in cui muore un numero significativo di cellule sensibili alla luce, e una malattia come la pigmentosi, sono responsabili della cecità (o di una vista prossima allo zero) di milioni di persone in tutto il mondo.

Molti gruppi e laboratori scientifici stanno sperimentando gli impianti retinici. Poiché con questi difetti stessi cellule nervose(per la maggior parte) rimangono in ordine, puoi inviare loro deboli impulsi elettrici da un certo circuito: una griglia di elettrodi posizionata proprio nella retina.

Di conseguenza, questi impulsi dovrebbero riflettere l'immagine scattata da una videocamera in miniatura montata sulla testa.

Idea brillante. Se non fosse per la serie "ma". Innanzitutto il posizionamento di un gran numero di elettrodi in una piccola area costituisce un ostacolo biologico. Lo schema semplicemente surriscalda l'occhio.

Inoltre, anche impiantando la griglia nello spessore della retina, è impossibile ottenere un contatto troppo stretto tra gli elettrodi e le sue cellule profonde, che si trovano direttamente sotto i fotorecettori morti.

E si scopre che non appena gli ingegneri uniscono gli elettrodi (cioè aumentano la risoluzione del microcircuito), ognuno di essi inizia immediatamente ad agire su un numero di celle più vicine - e idealmente dovrebbe, idealmente, solo su una, altrimenti il ​​punto è alta risoluzione l'immagine della telecamera scompare completamente.

Vista microscopica che mostra le cellule della retina di ratto che migrano attraverso un piccolo foro nell'impianto (foto da stanford.edu).

Per aggirare questo ostacolo, è necessario "collegare" un elettrodo a una, al massimo due celle. Ma per una densità di pixel che corrisponde geometricamente all'acuità visiva di 20/400 (si tratta di una persona quasi cieca, la soglia della "cecità legale", come scrivono gli autori dell'opera, e nelle nostre unità è una visione di 0,05), le celle non devono trovarsi a più di 30 micron dagli elettrodi.

E per la nitidezza 20/80 (0,25), questa distanza non deve superare i 7 micron. Con tale acutezza visiva, tra l'altro, è già possibile utilizzare un computer, muoversi in città, riconoscere i volti e, in generale, condurre una vita indipendente.

È impossibile premere l'impianto durante l'impianto (per premere più saldamente gli elettrodi contro lo strato cellulare) - il rischio di lesioni alla retina è elevato.

Ma la distanza tra ciascuno degli elettrodi e la sua cella "sponsorizzata" è lontana da tutto. Per tale acuità visiva (20/80), è necessaria una densità di pixel di 2,5 mila per millimetro quadrato.

Pertanto, nessuno è ancora riuscito a creare un dispositivo con un numero di elettrodi (pixel di lettura - trasmissione) superiore a pochi pezzi, decine, beh, forse centinaia. E devi averli: molte migliaia.

Qui faremo un'altra mini-escursione nella biologia. L'occhio ha circa 100 milioni di fotorecettori (equivalenti a una fotocamera da 100 megapixel). Tuttavia, come parte del nervo ottico, solo 1 milione di canali separati vanno al cervello. Mancano informazioni?

No, si scopre che nella retina stessa avviene già la preelaborazione, una certa somma di informazioni. La retina stessa non è solo uno strato di fotorecettori, ma uno strato rete neurale.

Ora, se torniamo agli impianti con elettrodi, bisogna dire che esistono diversi approcci per posizionare un tale impianto nell'occhio. Può occupare diversi strati in profondità.

È possibile cavarsela con un numero minore di elettrodi (solo allora è necessario imitare i segnali sommati della rete nervosa retinica) e se le cellule nervose più vicine ai fotorecettori vengono eccitate, il sistema visivo può essere riprodotto bene , solo la densità dei pixel nell'impianto dovrebbe essere elevata.

Per risolvere questa contraddizione, gli autori del nuovo progetto hanno condotto una serie di esperimenti sui ratti. E ne ho trovato uno nuovo effetto biologico. Gli scienziati hanno impiantato piastre polimeriche con piccoli fori - 15-40 micron di diametro - nelle retine degli animali.

E ora, nel giro di poche ore, le stesse cellule della retina cominciarono a spostarsi nei buchi, riempiendo le cavità sottostanti in pochi giorni. Le celle si comportavano in modo simile rispetto alla piastra, che era ricoperta da sottili file di lunghe sporgenze-torrette. Le cellule riempirono rapidamente gli spazi tra queste sporgenze.

Nel nuovo progetto, le cellule della retina vengono attirate nella cavità dell'impianto. Sulla sua superficie e nei fori viene creato un sistema di elettrodi stimolanti (illustrazione tratta da stanford.edu).

"Se la montagna non va da Maometto, allora Maometto va alla montagna", ha detto Palanker. "Non possiamo mettere gli elettrodi vicino alle cellule. Ma in realtà invitiamo le cellule a venire nell'area degli elettrodi, e loro fallo con piacere e molto rapidamente.

Pertanto, nel progetto del nuovo impianto, è stato possibile ottenere la stessa densità di 2,5 mila elettrodi per millimetro quadrato, pur mantenendo la distanza tra ciascun elettrodo e la sua cella personale - fino a 7 micron. Gli elettrodi sono stati posizionati in queste cavità e, di conseguenza, sulle sporgenze.

Non è ancora chiaro se il progetto di lavoro avrà dei fori nella piastra o viceversa - "torrette". Nel caso dei fori è possibile ottenere un collegamento quasi pezzo per pezzo di elettrodi e celle, ma nel caso di sporgenze le cellule ricevono un migliore apporto di sostanze nutritive. La scelta verrà fatta in seguito.

Ma queste non sono tutte le differenze tra il progetto e le opere concorrenti. Se ricordi, altri autori hanno suggerito di trasmettere un segnale agli elettrodi direttamente dalla telecamera sulla fronte. E c'è un grosso trucco in questo.

Lo schema con sporgenze funziona in modo simile (illustrazione da stanford.edu)

La questione sta nei più piccoli movimenti involontari degli occhi, che scandiscono lo spazio anche quando ci sembra di guardare immobili in un punto.

Se colleghi direttamente la telecamera sulla fronte con l'impianto nella retina, questa proprietà della visione scompare, il che ha un effetto molto negativo sulla percezione. Eppure, con questo schema, la visione dipende completamente dal numero di elettrodi nell'impianto. E cosa si può vedere, diciamo, in cento pixel?

Palanker ha proposto uno schema diverso. C'è anche una fotocamera frontale, ma invia un segnale a un microcomputer indossabile (grande quanto un portafoglio), che traduce l'immagine visibile in una serie di brevi impulsi di un display a cristalli liquidi LED a infrarossi, con diverse migliaia di punti.

Questo flusso di impulsi viene riflesso dal vetro inclinato situato davanti agli occhi, passa attraverso il cristallino e colpisce i diodi fotosensibili dell'impianto nella retina. Amplificano il segnale utilizzando l'energia proveniente da un minuscolo pannello solare impiantato nell'iride.

Questi raggi infrarossi la persona non vede. Ma il risultato dell'azione degli impulsi elettrici sulle cellule della retina viene percepito come un'immagine.

Allo stesso tempo, l'impianto stesso è grande la metà di un chicco di riso (3 millimetri) e copre 10 gradi del campo visivo, il suo centro.

L'occhio bionico di Palanker (illustrazione da stanford.edu).

Ed ecco il trucco principale: grazie al vetro, una persona conserva la percezione naturale della scena davanti a sé (quei fotorecettori viventi che ancora funzionano nell'occhio), in particolare la visione periferica, insieme alla "aggiunta" sovrapposta dal telecamera.

E i piccoli movimenti oculari rapidi mantengono la loro importanza: dopotutto, una persona stessa guarda sia il paesaggio (direttamente) sia l'immagine elettronica (anche a infrarossi).

La posizione di questa immagine sulla retina (e sulla serie di elettrodi impiantati, rispettivamente) cambia con il movimento del bulbo oculare. Pertanto, il dispositivo elettronico sfrutta al massimo le restanti capacità naturali dell'occhio di elaborare le informazioni visive.