Фото носит иллюстративный характер. Из открытых источников.
Фото носит иллюстративный характер. Из открытых источников.

Число незрячих людей в мире достигло 32 млн. От 2 до 4 млн обязаны своим состоянием потере светочувствительных клеток в сетчатке. Наиболее многообещающим методом лечения такого типа слепоты является имплантат сетчатки с электродами, стимулирующими ее клетки. Ученые совершили научный прорыв, создав новый тип «киберсетчатки» с очень широким полем зрения, распознающей десятки тысяч пикселей. Об открытии пишет журнал Communications Materials.

 

Как это работает?

 

Доступные в настоящее время имплантаты сетчатки представляют собой набор сверхтонких титановых электродов, размещаемых непосредственно на сетчатке. Имплантаты подключаются к фотокамере на очках, а также к портативному микрокомпьютеру. Камера фиксирует изображения, попадающие в поле зрения, и отправляет данные микрокомпьютеру, программа преобразует их в электрические сигналы и передает на электроды имплантата. Те в свою очередь стимулируют ганглиозные клетки сетчатки в соответствии с теми световыми «узорами», которые окажутся в поле зрения. Затем слепой человек должен научиться интерпретировать поступающие визуальные ощущения, чтобы «видеть» изображения (в виде упрощенной черно-белой схемы). Чем более многочисленны и детализированы узоры, тем легче их распознать.

 

Однако современные имплантаты дают очень плохие результаты, и их владельцы по-прежнему остаются по сути слепыми, утверждает Диего Геззи, заведующий кафедрой нейроинженерии Medtronic Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария). Доступные на сегодняшний день имплантаты дают возможность обзора широтой не более 20 градусов, в то время как поле зрения видящего человека должно составлять не менее 40 градусов.

 

Швейцарские исследователи придумали новаторский беспроводной имплантат, сделанный из очень гибкого и податливого материала и содержащий фотоэлектрические пиксели. Ожидается, что он предоставит пользователям поле зрения обзором в 46 градусов и гораздо более высокое разрешение изображения.киберсетчатка внутрьОпределение слепоты в европейских странах учитывает не только остроту зрения (20/200 и хуже), но и угол зрения (менее 20 градусов), поскольку он играет важную роль в формировании слепоты, препятствуя натуралистическому восприятию сложных сцен, движений и предметов. Задачи самоориентации в пространстве и свободы перемещения в мобильной среде требуют быстрого распознавания движений и изменений яркости освещения по всему периметру поля зрения.Восстановление углазрения 46 градусов с соответствующимразрешением — очень большой шаг вперед в области искусственного зрения.

 

Больше площадь — больше пикселей

 

Новая разработка состоит из массива пикселей, очков и камеры, но в ней нет больше никаких проводов. Имплантат также имеет большую площадь поверхности, предназначенную для расширения поля зрения и улучшения качества изображения. Увеличенный размер также означает, что фотоэлектрические пиксели будут стимулировать большее количество клеток сетчатки.

 

Лаура Ферлауто, биотехнолог лаборатории:

 

Так мы расширяем поле зрения. Существующие имплантаты стимулируют только клетки в центре сетчатки. А мы увеличиваем количество фотоэлектрических пикселей, которые, кроме того, позволят сделать изображение более четким.

 

Каждый пиксель будто точка на черно-белом экране. Когда аппарат включен — светится, когда выключается — гаснет. Расположение точек будет меняться в реальном времени вместе с объектами в поле зрения. Одно и то же изображение будет выглядеть по-разному в зависимости от количества доступных пикселей. Темные и светлые точки образуют силуэты объектов. После обучения в этих схематических изображениях можно будет распознать конкретные предметы. Для людей с искусственным зрением мир будет похож на ночное небо — соединив точки-звезды, можно разглядеть целые «созвездия» (для зрячих это всего лишь привычные очертания обыденных вещей).

 

Фоторецепторные клетки — специализированный тип нейронов в сетчатке глаза, способный к фототрансдукции зрительного сигнала. Они преобразуют видимое электромагнитное излучение (свет) в импульсы,которые могут стимулировать биологические процессы. Это экстерорецепторы — фоточувствительные клетки фокальной поверхности сетчатки (палочковые, чувствительные к очень слабому свету, и колбочковые, составляющие основу цветного зрения), а также клетки ганглиозного слоя сетчатки глаза (поддерживают, например, циркадные ритмы и зрачковый рефлекс). Потеря фоторецепторных клеток в сетчатке приводит к слепоте.

 

Хирургические ограничения

 

До сих пор размер имплантатов сетчатки ограничивался в основном длиной хирургического разреза в глазу. Разумеется, он должен быть как можно меньше во избежание повреждения и отслоения сетчатки. Чтобы решить эту проблему, ученые решили создать свой имплантат из гибкого материала — прозрачного нетоксичного полимера, который используется в медицине. Это позволяет свободно складывать и сгибать его во время операции в соответствии с кривизной глаза, чтобы обеспечить наибольший контакт с ганглиями сетчатки.

 

Как объясняют исследователи, пиксели на солнечной энергии сами генерируют электрический ток и не требуют внешнего источника питания. Пиксели будут реагировать только на световые сигналы, которые соответствуют определенным требованиям с точки зрения интенсивности, продолжительности и длины волны. Одного лишь естественного света недостаточно. Кроме того, пиксели занимают куда меньше места, чем электроды, а значит в имплантат можно поместить большее их количество (плотность 79,1 пикселя/мм2). Ученым удалось создать имплантат шириной в сантиметр, который содержит 10 498 функционально независимых электрических пикселей.

 

Команда инженеров уже приступила к клиническим испытаниям. В первом раунде прототип оказался нетоксичным и успешно увеличивал поле зрения и остроту. Перед этим разработку проверили на мышах, а также с помощью искусственных аналогов сетчатки и диагностических приборов. Оказалось, что киберсетчатка может эффективно воспринимать вспышки света от очков и передавать сигналы в сетчатку с пиксельной точностью.

 

Следующим шагом станут испытания in vivo для изучения других факторов, таких как поведение пикселей и срок службы имплантата. Но в первую очередь важно увидеть, насколько хорошо люди адаптируются к этому новому способу искусственного зрения, который так отличается от зрения естественного.

 


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

При копировании или цитировании текстов активная гиперссылка обязательна. Все материалы защищены законом Республики Беларусь «Об авторском праве и смежных правах».