Ką reiškia vėl pamatyti su dirbtine tinklaine

Eliasas Konstantopoulas kiekvieną dieną maždaug keturias valandas arba kiek laiko palieka savo dėmėtus žvilgsnius į pasaulį. Argas II įjungtas tinklainės protezas. 74 metų Merilando gyventojas prarado regėjimą dėl progresuojančios tinklainės ligos prieš daugiau nei 30 metų, tačiau kai kuriuos dalykus gali suvokti, kai įjungia bioninio regėjimo sistemą.

Bioninis regėjimas: Šiame šviesos jutimo implante, kurį sukūrė Vokietijos tinklainės implantas, yra 1500 fotodiodų.

Matau, ar tu esi priešais mane, ir jei bandai pasišalinti, sako jis. Arba, jei žiūriu į didelį medį su įjungta sistema, galiu matyti tamsą, o jei lauke šviesu ir pajudinu galvą į kairę arba dešinę, matau įvairius šešėlius, kurie man sako, kad ten kažkas yra. Neįmanoma pasakyti, kas tai yra, sako Konstantopoulos.

Ant akinių pritvirtinta kamera fiksuoja vaizdo duomenis Konstantopoulosui; Tada šie duomenys apdorojami ant dirželio nešiojamu mini kompiuteriu ir siunčiami į neuronus stimuliuojančią 60 elektrodų masyvą, kuri buvo implantuota vienoje iš jo tinklainės 2009 m.

Beveik 70 žmonių visame pasaulyje patyrė trijų valandų operaciją dėl tinklainės implanto, kurį sukūrė Kalifornijos Antras žvilgsnis ir patvirtintas naudoti Europoje 2011 m JAV šių metų pradžioje (žr. Bioninis akių implantas, patvirtintas JAV pacientams). Tai pirmasis pacientams parduodamas regėjimą atkuriantis implantas.

Šiuo metu sistema patvirtinta tik pacientams, sergantiems pigmentiniu retinitu – degeneracine akių liga, kuri ištinka vienas iš 5000 žmonių visame pasaulyje, tačiau gali būti, kad Argus II ir kitos kuriamos dirbtinės tinklainės gali būti naudingos tiems, kurie serga su amžiumi susijusia geltonosios dėmės degeneracija, kuri paveikia vienas iš 2000 žmonių išsivysčiusiose šalyse. Tokiomis sąlygomis prarandamos akies fotoreceptorių ląstelės (dažniausiai vadinamos lazdelėmis ir kūgiais), tačiau likusi neuronų kelio dalis, perduodanti vaizdinę informaciją į smegenis, dažnai vis dar yra gyvybinga. Dirbtinės tinklainės priklauso nuo šios likusios grandinės, todėl negali veikti visų formų aklumui gydyti.

Daugelis grupių visame pasaulyje dirba su bioninėmis regėjimo sistemomis, kad pakeistų prarastus fotoreceptorius. Dauguma naudoja kamerą, kuri susisiekia su implantuotu lustu, tačiau skiriasi elektrodų skaičius mikroschemoje ir lusto gylis tinklainėje. Dar kiti vengia fotoaparato, nes luste nėra šviesai jautrių diodų.

Vokietijos įmonė Tinklainės implantas Pavyzdžiui, neseniai atliko žmogaus bandymus su 1500 pikselių implantu, kuris nepriklauso nuo fotoaparato, o tiesiogiai renka šviesą ir perduoda tuos duomenis likusiems neuronams (žr. „Microchip Restores Vision“). Fotodiodų matrica pakeičia fotoreceptorius.

Valdantis vaizdas: Kalifornijos „Second Sight“ sukūrė sistemą „Argus II“, kuri siunčia vaizdo duomenis, užfiksuotus prie akinių pritvirtinta kamera, į tinklainės implantą.

Kai kurie žmonės, turintys dirbtinę tinklainę, gali skaityti dideles raides, matyti lėtai važiuojančius automobilius ar atpažinti stalo įrankius. Kiti pacientai nejaučia jokios naudos. Kai kuriais atvejais kitimas gali būti siejamas su tiksliu neuronus stimuliuojančio masyvo išsidėstymu plonoje audinio popieriuje tinklainėje, taip pat su likusių neuronų ir kelių būkle kiekvieno asmens akyje. Taip pat svarbu, kaip gerai žmonės gali išmokti naudotis įrenginiu ir perkvalifikuoti savo smegenis.

Pacientai nuskaitys savo aplinką ir naudos savo atmintį, kad atkurtų tai, ką mato, sako Raymondas Iezzi , gydytojas-mokslininkas, atliekantis tinklainės operacijas Mayo klinikoje Ročesteryje, Minesotoje. Skenavimo strategiją jis lygina su teptuko vilkimu per paveikslą. Pacientai turi užpildyti tuščias vietas, kad vaizdinę įvestį galėtų sujungti su daiktavardžių leksika, o tam reikia daug pažintinių gebėjimų, sako Iezzi.

Geriausiu atveju dabartinis regėjimo lygis yra labai pikselių. Tai, kas matoma, yra šviesos pliūpsniai, vadinami fosfenais. Tai nėra tikrai natūralistinė vizija, sako Iezzi. „Second Sight“ teigia, kad „Argus II“ regėjimo aštrumo lygis yra 20/1 260, o „Retina Implant“ teigia, kad geriausias regėjimo aštrumas, gaunamas naudojant jo prietaisą, yra 20/1 000. Palyginimui, normalus regėjimas yra 20/20, o legalaus aklumo slenkstis JAV yra 20/200 (tai rodo, kad žmogus gali matyti objektą iš 20 pėdų, o normaliai regintis asmuo gali matyti iš 200 pėdų).

Tai ne atkuria regėjimą, kaip jūs ir aš galvoju, tai atkuria mobilumą, sako Steponas Rouzas , fondo „Fighting Blindness“ vyriausiasis mokslo darbuotojas. Jie suteikia kontrasto, kad kas nors galėtų pamatyti skirtumą šviesoje ir tamsoje iki taško, kad galėtų pasakyti, kaip eiti pro duris, sako jis. Tai labai jau pradžia.

Tinklainės protezai yra tokioje stadijoje, kai kochleariniai implantai buvo prieš 30 metų, sako Anthony Burkitt , direktorius Bionic Vision Australija , tinklainės implantų sistemą kuriančių mokslininkų konsorciumas. Burkittas sako, kad ši technologija tapo pagalba skaitymui iš lūpų ir tapo ta, kad vaikai, turintys kochlearinį implantą, gali lankyti įprastą mokyklą ir netgi naudotis mobiliaisiais telefonais. Dabar žinome, kad tinklainės implantai turi klinikinę naudą pacientams, ir manau, kad per ateinantį dešimtmetį ši technologija labai sparčiai vystysis.

Ekspertai sutinka, kad vienas iš būdų pagerinti šių sistemų regėjimą yra pridėti daugiau stimuliuojančių elektrodų. Pavyzdžiui, „Second Sight“ būsimame modelyje planuoja perkelti nuo 60 iki 240 elektrodų.

Tačiau tikriausiai prireiks tūkstančių pikselių veido atpažinimui ir kitoms išsamioms vizualinėms užduotims, o daugeliui dirbtinės tinklainės technologijų bus sunku pasiekti tokį didelį pikselių skaičių, nes jie priklauso nuo laidų. Danielius Palankeris , Stanfordo universiteto biofizikas. Laidai naudojami maitinimo šaltiniui prijungti prie elektrodų, todėl reikia chirurginės procedūros, kad būtų galima prijungti akies obuolį. Kad išvengtų šio apribojimo, Palanker su kolegomis kuria belaidę sistemą, kuri vaizdo kameros užfiksuotus vaizdo duomenis perduoda į akyje esančią fotovoltinę lustą. Užuot perdavusi matomą šviesą į lustą, jo sistema naudoja beveik infraraudonųjų spindulių šviesą, kuri yra spinduliuojama į lanksčias tinklainės mažų pikselių matricas. Komanda išbandė sistemą su aklomis žiurkėmis ir dabar bendradarbiauja su įmone, kad išbandytų prietaisą pacientams.

Tačiau net tūkstančiai pikselių yra toli nuo vieno milijono, o tai yra maždaug tiek, kiek mes turime natūralia akimi. Shawn Kelly , Pitsburgo Carnegie Mellon universiteto elektros inžinierius. Ir net tuo atveju tinklainė apdorojama daug, o su dirbtine tinklaine mes praleisime.

Kai fotoreceptoriai aptinka šviesą, jie paverčia šią informaciją cheminiais signalais, kurie stimuliuoja kitų tipų neuronus, kurie apdoroja judėjimą, spalvą ir kitas signalų detales, o vėliau perduoda informaciją regos nervui, kuris jungiasi su smegenimis. Priklausomai nuo to, kur yra stimuliuojančios matricos, dirbtinės tinklainės nepaisys vieno ar kelių informacijos apdorojimo sluoksnių.

Tai, kaip mes sąveikaujame su nervų sistema, yra funkcionalus, bet tai nėra natūralu, sako Kelly. Manau, kad reikės daug laiko sukurti būdus, kaip pagerinti regėjimą, ir nemanau, kad tai kada nors bus visiškai natūralu.

Vis dėlto smegenys yra nepaprastai prisitaikančios ir gali išmokti apdoroti net svetimą informaciją. Mes tikimės smegenų plastiškumo, kad iš naujo išmoktume šią naują stimuliavimo kalbą ir užtikrintume pagrįstą regėjimą, sako Palanker. Įtikinimas, kad tai pagrįsta prielaida, kyla iš kochlearinių implantų srities.

Žmonės, turintys dirbtinę tinklainę, laikui bėgant pagerina regėjimą. 55 metų Notingemo (Anglija) gyventojui Timui Reddishui, netekusiam regėjimo dėl pigmentinio retinito, lapkritį buvo implantuotas Retina Implant prietaisas ir per pastaruosius mėnesius jis pasiekė įspūdingų rezultatų. Jis tikisi, kad jo sugebėjimai ir toliau tobulės. Aukso medalį laimėjęs buvęs parolimpietis plaukikas Reddishas laboratorijoje sako galintis atpažinti stalo įrankius ir stiklinius indus ir netgi nuskaityti laiką iš didelio kontrasto laikrodžio. Jis sako, kad lauke gali aptikti pastatų eilutes su stiklinėmis durimis ir lėtai važiuojančių automobilių žibintus. Jis tikisi, kad ateinanti vasara, šviesesnė JK saulė ir nuolatinė praktika padės jam pamatyti daugiau.

Regėjimo aštrumas nėra vienintelis šių prietaisų iššūkis. Kietos, silicio pagrindu pagamintos lustai dedami į itin gležną audinį, kuris yra skysčio pripildyto judančio rutulio dalis. Skiedros gali išslysti iš vietos. Be to, implantuoti prietaisai turi ištverti sunkias kūno sąlygas ilgus metus nepakenkdami jų naudotojams. Mes daug metų nežinosime apie labai ilgalaikį saugumą, sako Rose.

Nors daugelio dirbtines tinklaines plėtojančių mokslininkų tikslas yra priartėti prie natūralaus regėjimo, kai kurie svarsto apie platesnį šviesos pasaulį. Kai kurios kameros veikia tokiais bangos ilgiais, kurių net žmonės nemato, todėl galbūt aklieji pacientai naudoja [Second Sight sistemą], kad matytų tai, ko kiti negali matyti, sako Brianas Mechas, „Second Sight“ verslo plėtros viceprezidentas. Ta įmonė taip pat kuria idėją, pagal kurią būtų atsisakyta tinklainės stimuliacijos, kad būtų tiesiogiai stimuliuojama regos žievė – smegenų sritis, kuri apdoroja vaizdus. Užuot galėję gydyti tik išorines tinklainės degeneracijas, iš esmės galėtume gydyti aklumą dėl bet kokios priežasties, sako Mech.

Tuo tarpu mokslininkai ir toliau tobulins sistemas, bandydami atkurti daugiau regėjimo jį praradusiems žmonėms, o tokie pacientai kaip Konstantopoulos nekantrauja pamatyti savo pažangą. Net ir tas šešėlis, kurį matau prieš save, nesvarbu, ar tai žmogus, ar kas kita, yra kažkas iš nieko, sako Konstantopoulos. Tai verčia jaustis ir tikėtis, kad netrukus ateis kažkas geresnio.

paslėpti