Hvordan det er at se igen med en kunstig nethinde

Elias Konstantopoulos får spottede glimt af verden hver dag i omkring fire timer, eller hvor længe han forlader sin Argus II nethindeprotese tændt. Den 74-årige Maryland-indbygger mistede synet på grund af en progressiv nethindesygdom for over 30 år siden, men er i stand til at opfatte nogle ting, når han tænder for det bioniske synssystem.

Bionisk syn: Dette lysfølende implantat udviklet af det tyske retinaimplantat indeholder 1.500 fotodioder.

Jeg kan se, om du er foran mig, og om du forsøger at gå væk, siger han. Eller hvis jeg ser på et stort træ med systemet tændt, kan jeg måske se noget mørke, og hvis det er lyst udenfor, og jeg flytter mit hoved til venstre eller højre, kan jeg se forskellige skygger, der fortæller mig, at der er noget der. Der er ingen måde at sige, hvad det er, siger Konstantopoulos.

Et brillemonteret kamera fanger billeddata for Konstantopoulos; disse data behandles derefter af en minicomputer, der bæres på en rem og sendes til en neuronstimulerende række af 60 elektroder, der blev implanteret på en af ​​hans nethinder i 2009.

Næsten 70 mennesker rundt om i verden har gennemgået den tre timer lange operation for nethindeimplantatet, som blev udviklet af Californiens Andet syn og godkendt til brug i Europa i 2011 og i USA tidligere i år (se Bionic øjenimplantat godkendt til amerikanske patienter). Det er det første synsgenskabende implantat, der sælges til patienter.

I øjeblikket er systemet kun godkendt til patienter med retinitis pigmentosa, en degenerativ øjenlidelse, der rammer ca. én ud af 5.000 mennesker på verdensplan, men det er muligt, at Argus II og andre kunstige nethinder under udvikling kan fungere for dem med aldersrelateret makuladegeneration, som påvirker én ud af 2.000 mennesker i udviklede lande. Under disse forhold går øjets fotoreceptorceller (almindeligvis kaldet stænger og kegler) tabt, men resten af ​​den neuronale vej, der kommunikerer visuel information til hjernen, er ofte stadig levedygtig. Kunstige nethinder er afhængige af dette resterende kredsløb, så det kan ikke fungere for alle former for blindhed.

Mange grupper rundt om i verden arbejder på bioniske synssystemer for at erstatte tabte fotoreceptorer. De fleste bruger et kamera, der kommunikerer til en implanteret chip, men varierer i antallet af elektroder i chippen, og hvor dybt chippen er placeret inde i nethinden. Endnu andre undgår kameraet for lysfølsomme dioder i chippen.

tysk selskab Nethindeimplantat , for eksempel nyligt gennemførte menneskelige tests med dets 1.500-pixel implantat, der ikke afhænger af et kamera, men i stedet direkte høster lys og transmitterer disse data til resterende neuroner (se Microchip Restores Vision). Et fotodiodearray erstatter fotoreceptorerne.

Kommandoudsigt: Californiens Second Sight udviklede Argus II-systemet, som sender billeddata optaget af et brillemonteret kamera til et nethindeimplantat.

Nogle mennesker med kunstig nethinde kan læse store bogstaver, se langsomtkørende biler eller identificere service. Andre patienter oplever ingen fordel. Variationen kan i nogle tilfælde tilskrives den nøjagtige placering af det neuronstimulerende array i den vævspapirtynde nethinde samt tilstanden af ​​de resterende neuroner og veje i hvert individs øje. Hvor godt folk kan lære at bruge enheden og genoptræne deres hjerne er også vigtigt.

Patienter vil scanne deres omgivelser og bruge deres hukommelse til at rekonstruere det, de ser, siger Raymond Iezzi , en kliniker-videnskabsmand, der udfører nethindeoperationer på Mayo Clinic i Rochester, Minnesota. Han sammenligner scanningsstrategien med at trække en pensel hen over et maleri. Patienter skal udfylde de tomme felter for at forbinde visuel input til et leksikon af navneord, og det kræver en betydelig mængde kognitiv evne, siger Iezzi.

Når det er bedst, er det nuværende synsniveau meget pixeleret. Det, der ses, er lysudbrud kaldet fosfener. Det er ikke rigtigt naturalistisk syn, siger Iezzi. Second Sight siger, at niveauet af synsstyrke med dens Argus II er 20/1.260, og Retina Implant siger, at den bedste synsstyrke opnået med dens enhed er 20/1.000. Til sammenligning er normalt syn 20/20, og tærsklen for juridisk blindhed i USA er 20/200 (hvilket indikerer, at en person kan se en genstand fra 20 fod væk, som en normalseende person kan se fra 200 fod væk).

Det er ikke at genoprette synet, som du og jeg tænker på, det er at genoprette mobiliteten, siger Stephen Rose , forskningschef for Fonden Bekæmpelse af Blindhed. De giver kontrast, så nogen kan se forskel på lys og mørke til det punkt, hvor de kan fortælle, hvordan man går gennem en døråbning, siger han. Dette er i høj grad begyndelsen.

Nethindeproteser er på det stadie cochleaimplantater var for 30 år siden, siger Anthony Burkitt , direktør for Bionic Vision Australien , et konsortium af forskere, der udvikler et nethindeimplantatsystem. Den teknologi gik fra at være en hjælp til læbeaflæsning til det punkt nu, hvor børn med et cochleaimplantat kan gå igennem normal skole og endda bruge mobiltelefoner, siger Burkitt. Med nethindeimplantater ved vi nu, at det har en klinisk fordel for patienterne, og jeg tror, ​​vi kommer til at se denne teknologi udvikle sig meget hurtigt i løbet af det næste årti.

Eksperter er enige om, at en måde at forbedre det syn, som disse systemer giver, er at tilføje flere stimulerende elektroder. Second Sight planlægger for eksempel at flytte fra 60 til 240 elektroder i en fremtidig model.

Men tusindvis af pixels vil sandsynligvis være påkrævet til ansigtsgenkendelse og andre detaljerede visuelle opgaver, og mange kunstige nethindeteknologier vil have problemer med at komme til så store antal pixels, fordi de er afhængige af ledninger, siger Daniel Palanker , en biofysiker ved Stanford University. Ledninger bruges til at forbinde en strømforsyning til elektroder, hvilket kræver en kirurgisk procedure for at lægge forbindelsen gennem øjeæblet. For at undgå denne begrænsning udvikler Palanker og kolleger et trådløst system, der overfører billeddata optaget af et videokamera til en fotovoltaisk chip i øjet. I stedet for at transmittere synligt lys til chippen, bruger hans system nær-infrarødt lys, der udstråles til fleksible arrays af små pixels i nethinden. Holdet har testet systemet i blinde rotter og arbejder nu sammen med en virksomhed om at teste enheden på patienter.

Men selv tusindvis af pixels er langt fra en million, hvilket nogenlunde er, hvad vi har i det naturlige øje, siger Shawn Kelly , en elektroingeniør ved Carnegie Mellon University i Pittsburgh. Og selv ved det, er der en masse forarbejdning, som nethinden gør, som vi kommer til at springe over med en kunstig nethinde.

Når fotoreceptorer detekterer lys, konverterer de denne information til kemiske signaler, der stimulerer andre neurontyper, der behandler bevægelse, farve og andre detaljer fra signalerne og derefter videregiver informationen til den optiske nerve, som forbinder til hjernen. Afhængigt af hvor de stimulerende arrays er placeret, vil kunstige nethinder udelade et eller flere lag af informationsbehandling.

Den måde, vi interfacerer med nervesystemet på, er funktionel, men det er ikke naturligt, siger Kelly. Jeg tror, ​​det kommer til at tage lang tid at udvikle måder at få bedre syn på, og jeg tror aldrig, det bliver helt naturligt.

Alligevel er hjernen bemærkelsesværdig tilpasningsdygtig og kan lære at behandle selv fremmed information. Vi regner med hjernens plasticitet til at genlære dette nye stimuleringssprog og give et rimeligt syn, siger Palanker. Sikkerheden om, at dette er en rimelig antagelse, kommer fra området for cochleære implantater.

Mennesker med kunstig nethinde opnår bedre syn over tid. Tim Reddish, en 55-årig beboer i Nottingham, England, som mistede synet på grund af retinitis pigmentosa, blev implanteret med et nethindeimplantat i november og har opnået imponerende resultater i de mellemliggende måneder. Han forventer, at hans evner vil fortsætte med at blive bedre. I laboratoriemiljøet siger Reddish, en guldmedaljevindende tidligere paralympisk svømmer, at han kan identificere bestik og glas og endda læse tiden fra et ur med høj kontrast. Udenfor, siger han, kan han registrere linjerne i bygninger med glasdøre og forlygterne på langsomtgående biler om natten. Han håber, at til sommer, en lysere britisk sol og fortsat træning vil hjælpe ham med at se mere.

Synsskarphed er ikke den eneste udfordring for disse enheder. De hårde, siliciumbaserede chips er placeret i et ekstremt sart væv, der er en del af en væskefyldt, bevægende kugle. Chips kan glide ud af deres plads. Desuden skal de implanterede enheder overleve kroppens hårde forhold i årevis uden at skade deres brugere. Vi kommer ikke til at kende til meget langsigtet sikkerhed i årevis, siger Rose.

Selvom det at nærme sig naturligt syn er målet for mange forskere, der udvikler kunstige nethinder, overvejer nogle en bredere verden af ​​lys. Nogle kameraer arbejder i bølgelængder, selv mennesker ikke kan se, så potentielt kan du have blinde patienter, der bruger [et Second Sight-system] til at se ting, som andre ikke kan, siger Brian Mech, vicepræsident for forretningsudvikling hos Second Sight. Det firma arbejder også på en idé, der ville give afkald på retinal stimulation til direkte stimulering af den visuelle cortex, hjerneregionen, der behandler billeder. I stedet for kun at være i stand til at behandle ydre nethindegeneration, kunne vi i det væsentlige behandle blindhed på grund af enhver årsag, siger Mech.

I mellemtiden vil forskere fortsætte med at finjustere systemerne og forsøge at genoprette mere syn til dem, der har mistet det, og patienter som Konstantopoulos er ivrige efter at se deres fremskridt. Selv den skygge, jeg kan se foran mig, uanset om det er en person eller noget andet, er noget fra ingenting, siger Konstantopoulos. Det får dig til at føle og håbe på, at der snart kommer noget bedre.

skjule