Протез сетчатки - надежда для слепых
Двое исследователей из медицинского колледжа Вейлл Корнелл (Weill Cornell) расшифровали нейронный код сетчатки мыши и использовали полученную информацию для создания протеза, чтобы восстановить зрение у слепой мыши. Исследователи утверждают, что они также «раскусили» код сетчатки обезьяны, который очень схож с человеческим, и надеются, что им быстро удастся разработать и протестировать устройство, которое смогут использовать слепые.
Это достижение, опубликованное в журнале «Известия Национальной Академии Наук США», указывает на огромное продвижение вперед в решении проблемы восстановления зрения. Обычные протезы обеспечивают слепых пациентов малыми световыми потоками для ориентировки в пространстве. Новейшее устройство раскрывает код на пути к восстановлению зрения. Этот код настолько точен, что позволяет разглядеть черты лица человека, а животные могут уследить за движущимися объектами.
Главный исследователь проекта, нейробиолог-теоретик доктор Шейла Ниренберг надеется, что придет день, когда слепые смогут выбрать себе защитные очки, подобные тем, что использовались в американском телешоу «Звездный путь». Камера в таких очках будет снимать изображение и использовать компьютерный чип для превращения его в код, который мозг затем преобразует в зрительный образ.
«Сейчас - чудесное время. Мы можем сделать так, чтобы сетчатка мыши стала «видеть», и продвигаемся как можно быстрее в направлении «видения» сетчатки человека», - говорит профессор факультета физиологии и биофизики, а также института теоретической биомедицины в Вейлл Корнелл доктор Ниренберг. Соавтором исследования также является доктор Четан Пандаринаф, который сейчас работает научным сотрудником в Стэнфордском университете.
Этот новый научный подход сулит надежду 25 миллионам человек во всем мире, у которых слепота вызвана заболеваниями сетчатки. Поскольку терапия лекарственными средствами помогает только небольшой части таких больных, протезные устройства являются наилучшим решением, чтобы попытаться вернуть зрение у таких пациентов. Как объяснила доктор Ниренберг, это первый протез, который обладает способностью обеспечить нормальное или близкое к нормальному зрение, потому что он включает в себя процесс кодирования.
Расшифровка кода
Нормальное зрение обеспечивается попаданием лучей света на фоторецепторы, находящиеся на поверхности сетчатки. «Электрическая цепь» сетчатки преобразует затем полученные сигналы от фоторецепторов в последовательность (код) нервных импульсов. Полученные импульсы пересылаются после этого в мозг ретинальными клетками вывода сигнала, называемыми также клетками ганглия (или нервного узла). Мозг воспринимает эту последовательность нервных импульсов и преобразует её в понятный зрительный образ.
Слепота часто связана с заболеваниями сетчатки, при которых умирают фоторецепторы или разрушаются элементы «электрической цепи» - но, как правило, клетки вывода сигнала при таких заболеваниях не страдают.
Описанные выше протезы и работают за счет приведения в действие этих выживших клеток. В глаз больного имплантируются электроды, которые стимулируют клетки ганглия электрическим током. Однако эта процедура приводит к возникновению нечетких зрительных полей.
Многие ученые работают над тем, чтобы улучшить работоспособность, помещая как можно больше стимулирующих электродов в глазное яблоко пациента. Они надеются, что с увеличением числа стимуляторов увеличится количество активных клеток ганглия в поврежденной ткани и улучшится качество изображения.
Другие научные группы проводят испытания с использованием светочувствительных белков - как альтернативный подход к стимуляции клеток. Эти белки вводят в сетчатку с помощью генной терапии. Как только они оказываются в глазу, они могут одновременно быть нацелены на многие клетки ганглия.
Но, как указывает доктор Ниренберг, существует другой, решающий, фактор: «Необходимо не просто стимулировать огромное количество клеток, но стимулировать их правильной последовательностью-кодом, т.е. тем кодом, который сетчатка использует для передачи информации в мозг.»
Доктор Ниренберг доказала, что любая структура световых лучей, попадающих на сетчатку, должна быть преобразована в общую последовательность-код, т.е. в систему уравнений, преобразующих световые моделируемые изображения в электрические. Исследователи пытаются найти код, который сможет работать для простых стимулирующих воздействий. «Мы знали, что он должен быть обобщенным, т.е. работать с любыми объектами - лицами, ландшафтами и прочими объектами, которые обычно видит человек», - сказала доктор Ниренберг.
Зрение = чип + генная терапия
Они встроили систему математических уравнений в чип и соединили его с мини-проектором. Чип-кодировщик, преобразует изображение, которое поступает в глаз в поток электрических импульсов, а затем мини-проектор преобразует их в световые импульсы. Затем эти световые импульсы заставляют работать светочувствительные белки, размещенные в клетках ганглия, с целью передачи полученного кода в мозг.
Вся процедура была протестирована на лабораторной мыши. Исследователи сконструировали две протезных системы: одну, содержащую код, и другую - без кода. «Встраивание кода оказало сильнейшее влияние», - сказала доктор Ниренберг. - «Оно повысило работоспособность системы до почти нормального уровня. Таким образом, на выходе системы имелось достаточно информации для преобразования изображений лиц людей, животных и почти всего, что мы пытались изучить.»
В результате серий экспериментов ученые выяснили, что зрительные шаблоны, возникающие на сетчатке слепой мыши, очень близки к тем, которые образуются на сетчатке здоровой мыши.
«Есть два элемента, благодаря которым эта система работает», - сказала доктор Ниренберг. «Это - кодировщик, т.е. система уравнений, способная «подражать» преобразованиям на сетчатке для широкого спектра стимулирующих воздействий, включая обычные модели, - при этом создавая типичные наборы электрических импульсов. И - стимулятор (светочувствительный белок), пересылающий эти импульсы в мозг.»
Следующим шагом должно стать тестирование нового протеза сетчатки на людях. Оба доктора - Ниренберг и Пандаринаф - подали заявку на получение патента на протезную систему, зарегистрированную в Корнеллском университете.
Источник: Вейлл Корнелл Материал подготовлен: Theochem
Ученые из Баден-Вюртемберга разработали мини-чип, с помощью которого слепые смогут увидеть освещенные предметы. Метод уже был опробован на семи пациентах, которым чип был успешно вживлен под сетчатку. Один из них даже отказался удалить имплантант, как это было предусмотрено ранее.
По словам доктора Вальтера Вробеля, директора фирмы Retina Implant GmbH из Ройтлингена, которая разработала этот чип, семеро слепых пациентов смогли с помощью имплантанта локализовать освещенные предметы. Правда, различать лица они еще не могут. Как заявил Эберхарт Цреннер, главврач университетской глазной клиники Тюбингена, чип сможет помочь людям, которые ослепли по причине дегенерации сетчатки, увидеть «первые очертания». Это означает, что примерно у 11% незрячих жителей Германии (а таковых насчитывается около 130 тыс.) вновь появилась надежда.
Цреннер пояснил, что речь идет об облегчении передвижения и ориентирования таких людей с помощью света. Чип позволит слепым, например, различать окна и лампы, распознавать, стоят ли они перед человеком или перед дверью.
Размеры мини-чипа - 3х3 мм, и он имеет толщину волоса. Имплантант состоит из 1500 фотодиодов со специальными схемами, позволяющими отрегулировать чип в соответствии с индивидуальными потребностями его носителя. Фотодиоды реагируют на свет и посылают ток на нервные окончания глаза. Следовательно, чип может работать лишь в том случае, если не нарушена связь между глазом и мозгом. Поэтому он неэффективен, например, при глаукоме, заболеваниях зрительного нерва, отслоении сетчатки или при слепоте, наступившей вследствие несчастного случая. Однако ученые в настоящее время ведут работу над мини-чипом, который можно будет использовать и при возрастных заболеваниях сетчатки глаза. Это даст шанс частично вернуть зрение еще 15% слепых - лишь в Европе это около 6 млн. человек.
Как утверждают создатели чипа, он способен на большее, чем было продемонстрировано в ходе эксперимента. Для того чтобы у слепых появилась возможность различать лица, в течение следующих лет должна быть улучшена возможность точной настройки взаимосвязи между имплантантом и нервными клетками. На это, по словам Вробеля, понадобится еще несколько лет.
Сайт управляется системой uCoz
Глаз. Сетчатка, Протез, Чип. Очки. Зрение » Технологии » Наука
Профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) Вентаи Лю (Wentai Liu), в течение двух десятилетий занимающийся исследованиями в этой области, создал прибор, который сам изобретатель называет «первым бионическим глазом для слепых ».
Официальное название изделия, представляющего собой протез сетчатки, — Argus II Retinal Prosthesis System. Группа специалистов, участвующих в проекте под руководством профессора, надеется, что их работа поможет пожилым людям, потерявшим зрение вследствие возрастных изменений или заболеваний, вызывающих разрушение светочувствительных рецепторов сетчатки глаза.
Центральным компонентом протеза является миниатюрный, но достаточно производительный чип, имплантируемый в сетчатку и замещающий сигналы поврежденных фоторецепторов собственными. Видеосигналы Argus II получает от миниатюрной камеры, встроенной в очки. Точнее говоря, сначала данные камеры поступают на микрокомпьютер, закрепленный на запястье пациента, а после необходимой обработки они по беспроводному каналу связи передаются в чип, вживляемый в глаз. Задача чипа — стимулировать нервные окончания электрическими импульсами, которые по глазному нерву поступают в зрительный участок коры головного мозга.
Как утверждается, пациенты с протезом Argus II получают способность читать тексты, набранные крупным шрифтом, различать объекты и их движение, даже видеть контуры и некоторые детали лиц. Пока картинка далека от совершенства, поскольку искусственная сетчатка имеет разрешение всего 60 точек, ничтожное по сравнению с разрешением здорового глаза, но для людей, лишенных зрения, это невероятный прорыв. Первым пациентом, принявшим участие в клинических испытаниях, стал семидесятилетний мужчина, в двадцатилетнем возрасте полностью потерявший зрение вследствие болезни.
В настоящее время команда исследователей UCLA тестирует еще два прототипа, которые имеют разрешение 256 и 1026 точек, надеясь вместить их в те же габариты, которые имеет первый вариант протеза. Со временем ученые рассчитывают добавить возможность цветного зрения и перенести камеру непосредственно в глаз.
Источники:
Следующие статьи
- Реальное лечение диабетического макулярного отека дает меньше улучшения, чем в испытаниях
- Режим назначения и выбор препарата могут повлиять на результаты лечения ВМД
- Результаты ЛАСИК не зависят от времени года Чем отличается метод ФРК и LASIK
Комментариев пока нет!
Поделитесь своим мнением