Участник:DmitriyRDS/Бионический глаз

Рис.1

Бионический глаз — искусственная зрительная система для восстановления потерянного зрения. В глаз с поврежденной сетчаткой, например, при скотоме, вживляют имплантант — протез сетчатки глаза, дополняя сетчатку c оставшимися в ней неповрежденными нейронами искусственными фоторецепторами (рис. 1, 2).

Скотома

Скотома — (от греч. skotos — темнота) — пятнообразный дефект, расположенный в поле зрения глаза, вызванный заболеванием сетчатки, болезнями зрительного нерва, глаукомой. Это участки сужают нормальное поле зрения, на них зрение существенно ослаблено, или отсутствует.

• Иногда скотомой называют также и слепое пятно — область на сетчатке, соответствующая диску зрительного нерва (т. н.физиологическая скотома).

Различают:

• Абсолютная скотома (absolute scotomata) — участок, в котором зрение отсутствует.
• Относительная скотома (relative scotoma) — участок, в котором зрение значительно снижено.

Проверить наличие скотомы можно самостоятельно, проведя исследование с помощью теста Амслера.

Восстановление зрения у слепых

Слепота один из самых разрушительных последствий заболевания. Делаются попытки разработать электронный протез сетчатки для восстановления зрения пациентов, страдающих дегенеративными сетчатки таких заболеваний, как пигментный ретинит и возрастная макулярная дегенерация. В этих условиях чувствительность фоторецепторных клеток медленно снижаться, что приводит к слепоте. Тем не менее, многие из внутренних нейронов сетчатки, которые передают сигналы от фоторецепторов к мозгу сохранились в значительной мере в течение длительного периода времени.

Разработка протезов

Электрическая стимуляция остальных нейронов сетчатки может производить фосфены - восприятие света, и первые имплантанты сетчатки с небольшим количеством электродов (от 16 до 60) принесли обнадеживающие результаты у пациентов с дегенерацией сетчатки. В настоящий момент считается возможным создание имплантанта с разрешением тысячу пикселей, которые могут потребоваться для восстановления функционального зрения, необходимого например для чтения и распознавания лиц.

Для построения протеза сетчатки с высоким разрешением необходимо решение нескольких сложнейших инженерных и биологических задач, таких как например предоставление информации для тысяч пикселей при скорости видео, размещение электродов на вживляемом чипе в непосредственной близости к клеткам-нейронам сетчатки, а также недопущения фиброзной инкапсуляции имплантата, обработки сигналов, компенсацию частичной потери нейронных сетей сетчатки, и многие другие.

Бионический глаз может быть использован для компенсации потерянных зрительных ощущений:

• как искусственная зрительная система для восстановления не полностью потерянного зрения. В глаз с поврежденной сетчаткой вживляют имплантант — протез части сетчатки глаза, дополняя саму сетчатку c оставшимися в ней неповрежденными нейронами (рис. 1).
• как искусственная зрительная система для восстановления полностью потерянного зрения.

Где:

1. Видеокамера, передающая оптическое изображение на видеопроцессор;
2. Видеопрцессор преобразует и передаёт оптическое изображение на жидкокристалический LCD дисплей в очках;
3. Проектирование ИК изображения на сетчатку с имплантантом;
4. Полупроводниковый чип преобразует оптический сигнал (изображение) в электрические импульсы, подаваемые к электродам имплантанта и далее на нервные окончания клеток сетчатки.

Предполагаемый вид системы

Рис.3

Поток данных с видеокамеры обрабатывается партативным ПК, и в результате изображения отображаются на жидкокристаллическом дисплее (LCD), похожем на видео очки. Изображение с LCD дисплея соответствующее примерно 30 градусам от общего поля зрения, проектируется сквозь маленькую диафрагму в оптике на сетчатку, покадрово, импульсами длительностью (0,5 мс) излучением в ближней инфракрасной (~ 900 нм) области света. ИК-изображение получает фотоэлектрический преобразователь имплантированного чипа. Каждый пиксель чипа преобразует импульсный свет на пропорциональной импульсный синфазный электрический ток, который представляет визуальную информацию в чувствительные ткани сетчатки. Размер чипа составляет приблизительно 3 мм в диаметре, что соответствует 10 градусов поля зрения на сетчатке от 30 градусов общего поля зрения, доступного для сканирования глазом.

Оптическая доставка информации к чипу позволяет задействовать одновременную активацию тысяч пикселей в имплантанте, и сохраняет естественную связь между движениями глаза и зрительного восприятия. Так как каждый пиксель фотоэлектрического преобразователя действует самостоятельно, они не должны быть физически соединены друг с другом. Таким образом, при небольшой толщине чипа он может быть помещен в непосредственно субретинальное пространство, что может значительно упростить операцию.

Близость электродов к клеткам-нейронам

Решая проблему близкого расположения между соседними электродами, было обнаружено, что определенные 3-мерные микроструктуры в слое сетчатки могут мигрировать в непосредственной близости от имплантатов практически не затрагивая нейронную схему. В одном из направлений разработки предполагается создание столбиков из микроэлектродов, которые после имплантирования в сетчатку, достигают нужного слоя чувствительных к раздражителю клеток.

Работы в данной области

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) разрабатывает протез сетчатки глаза высокого разрешения (имплантант в сетчатку глаза) или "Бионический глаз" (Bionic Eye) (cм.Рис.3). Ввиду сложного характера этого проекта и высокой степени связи с различными дисциплинами в состав этой группы входят специалисты из 4 отделов в Стэнфорде: отдела офтальмологии, лаборатории экспериментальной физики, отдела электротехники, и отдела нейробиологии.

Публикации в новостных агенствах

В 2004 году 64-летней Линде Морфут из Лонг-Бич (Калифорния) с диагнозом пигментный ретинит в возрасте 21 года, когда она практически полностью ослепла к 50 годам (Левый глаз ее немного воспринимает свет) установили фотодатчик с матрицей на основе 16-ти металлических электродов. Эта матрица имеет всего 4 строки по 4 электрода. Однако по ее словам:

"Когда мне дали очки, у меня было удивительное чувство, – вспоминает она. – Я могу играть в баскетбол с внуком, могу стоять посреди тротуара. Я могу найти дверь, чтобы выйти из комнаты, и видеть, как моя внучка танцует на сцене. Когда мы приехали в Нью-Йорк, я увидела статую Свободы, какая она большая. В Париже мы ночью поднялись на Эйфелеву башню, и я видела все огни города. Я почувствовала себя в большей степени причастной к окружающему миру". The Guardian

Питер Лейн c бионическим глазом

Как утверждал профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США) к 2009 году глазной протез появится на потребительском рынке по цене около пятнадцати тысяч фунтов стерлингов, однако этого до сих пор не произошло.

При этом речь шла о протезах с фотодатчиками из полупроводниковых материалов с конструкцией состоящей из 2,5-ой тысяч пикселей на квадратный мм, с возможностью использования периферийного зрения.

• В Великобритании «прозрел» полностью слепой человек. Пациенту в возрасте 76 лет по имени Рон, который ослеп 30 лет тому назад из-за наследственной болезни, удалось пересадить так называемый бионический глаз. ,
• ‎51-летнему Питеру Лэйну в Великобритании одному из первых в мире в декабре 2009 года имплантировали в глаз электронные фотодатчики, посылающие в мозг сигналы, собираемые специальными очками. Эта технология позволила англичанину впервые за 30 лет увидеть очертания объектов, например, дверь, шкаф, а также даже распознавать буквы.

См. также

• Зрение
• Зрение человека
• Глаз
• Офтальмология