211service.com
Afkodning af det menneskelige øje
Kunstige nethinder er allerede i kliniske forsøg på mennesker ved University of Southern California, hvor de har hjulpet blinde patienter med at skelne vægge fra døråbninger og endda se fodboldkampe, omend som bevægelsesslør. Men at tilnærme sig normalt syn – og muligvis gøre det muligt for folk at læse – vil kræve enheder, der kan levere elektrisk strøm med meget større kontrol og præcision. En ny chip tæt pakket med elektroder, udviklet af forskere ved University of California, Santa Cruz (UCSC), er det første skridt i den retning.
Test seng: Et 512-elektrodearray (guldcirkel), modelleret efter detektorer, der bruges til at fange partikler i højenergifysik, hjælper med at dechifrere nethindens neurale kode. Resultaterne vil hjælpe med design af fremtidige nethindeproteser.
Chippen bruges i øjeblikket i forskning og kan stimulere og optage fra individuelle celler i nethindeprøver. Teknologien vil give indsigt i, hvordan nethinden koder information, og hvordan man efterligner den kodning - lektioner, der vil være afgørende for udviklingen af den næste generation af nethindeimplantater. Længere nede ad vejen kan en version af teknologien blive brugt til at sende visuel information ned i synsnerven.
Nethinden er en meget sofistikeret visuel informationsbehandlingsenhed, siger Alan Litke , en fysiker ved UCSC, der anvender sin ekspertise til neurobiologi. For at få en menneskelig patient en dag til at nærme sig normal visuel funktion, såsom læsning, skal du have et meget nøjagtigt niveau af kontrol.
Nethinden er et tyndt lag af celler bagerst i øjet; fotoreceptorceller i nethinden registrerer lys og sender signaler til nethindens ganglieceller, som så sender signalerne til hjernen gennem synsnerven. Ved makuladegeneration og retinitis pigmentosa, to hovedårsager til blindhed, er fotoreceptorceller beskadiget, men de resterende retinale ganglieceller efterlades stort set intakte. Kunstige nethinder, som er afhængige af et eksternt kamera til at fange visuel information, består af en processor, der oversætter denne information til en elektrisk kode, der er forståelig for øjets nerveceller, og en chip oversået med bittesmå elektroder, der transmitterer de elektriske signaler til nethinden. ganglieceller.
Multimedier
Se billeder af en kunstig nethinde og dens effekt på synet.
Litke og hans samarbejdspartnere modellerede deres chip efter silicium-mikrochipdetektorerne, der beklæder superkollidere for at fange tegn på undvigende subatomære partikler med høj energi, såsom Higgs-bosonen. Ved at bruge almindelige integrerede kredsløbsfremstillingsteknikker specialbyggede forskerne mere end 500 elektroder og forstærkere på en lille glasstrimmel. Der er andre kommercielle, multi-elektrode optagelsessystemer tilgængelige, men teamet på UCSC har virkelig skubbet teknologien frem ved at komme med et system med evnen til at optage mange flere neurale reaktioner, siger Matt McMahon, en videnskabsmand ved Andet syn , virksomheden baseret i Sylmar, Californien, der udvikler nethindeproteserne, der blev brugt i USC-undersøgelsen. Second Sight bruger Litkes enhed til at informere om designet af fremtidige proteser. Virksomhedens førstegenerationsenhed havde 16 elektroder, andengenerationsenheden i øjeblikket i menneskelige forsøg har 60, og en 200-elektrodeversion er under udvikling. (Se næste generations nethindeimplantat.)
Med UCSC-enheden kan forskere præcist kontrollere individuelle retinale ganglieceller, en egenskab, der vil være nøglen i næste generations implantater. En af grundene til, at de proteser, der i øjeblikket er i human test, har begrænset opløsning, er, at de stimulerer hundredvis af celler samtidigt. (Diameteren af elektroderne er en størrelsesorden større end de fleste cellers.) Elektroderne med fem mikrometer i diameter i Litkes chip er på niveau med størrelsen af retinale ganglieceller, hvilket giver dem mulighed for at stimulere individuelle celler. Forskerne har tidligere vist, at de samtidig kunne styre flere celler med en 60-elektrode-version af chippen, og de er ved at udvikle en version med 512 elektroder.
Nu hvor videnskabsmænd har skabt en teknologi med et så præcist niveau af kontrol, bruger de den til at studere nethindens sprog – et sprog, de håber, at proteser i sidste ende vil kunne tale. Mens nethinden ofte sammenlignes med et kamera, er det i virkeligheden meget mere kompliceret. Lyssignaler fanges og behandles i nethinden; sekvenserne af elektriske udbrud, der sendes til hjernen af de forskellige og særskilte retinale gangliecelletyper, koder for forskellige aspekter af synsfeltet, såsom bevægelse, rumlige mønstre, farve. Nuværende proteser bruger en forenklet kode og mister dermed information, ligesom morsekoden mister det talte ords nuancerede intonationer og talerens ansigtsudtryk. Hvad er de mønstre, der virkelig efterligner, hvad den sunde nethinde ville gøre? spørger Alexander Sher, en assisterende forsker ved UCSC, som samarbejder med Litke. Hvis du kommer til det punkt, hvor du kan stimulere individuelle celler, og du ved, hvordan individuelle celler koder information, kan du simulere det nøjagtigt eller næsten nøjagtigt.
Forskere ved Second Sight siger, at erfaringerne fra disse undersøgelser vil være afgørende for udviklingen af næste generations proteser. Men at gøre UCSC-forskernes enhed til et implantat, der passer til det menneskelige øje, vil være udfordrende. En masse tekniske overvejelser forhindrer os i at hoppe til virkelig bittesmå elektroder, siger McMahon. Det vil kræve yderligere udvikling inden for elektronik og emballage og software.