Искусственный бионический глаз — зрительная система будущего

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Осенью этого года доктор Байелер переезжает в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, чтобы возглавить недавно созданную лабораторию Bionic Vision в отделениях компьютерных наук и психологических наук и наук мозга. Он надеется, что его работа приведет к восстановлению зрения у слепых, пишет PCMag.

Нейроинжиниринг — это новая междисциплинарная область, целью которой является разработка устройств, которые могут взаимодействовать с мозгом.

Человеческий мозг имеет примерно 100 миллиардов нервных клеток или нейронов и триллионы связей между ними, организованных в различные области мозга, каждая из которых поддерживает определенную задачу; например, обработка визуальной или слуховой информации, принятие решений или получение информации от А до Б.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Понимание того, как эти нейронные схемы порождают восприятие и действие, требует объединения навыков из различных дисциплин, таких как нейробиология, инженерия, информатика и статистика.

«Интерфейсы мозг-компьютер» можно использовать как для лечения неврологических и психических расстройств, так и для понимания функций мозга, и теперь инженеры разработали способы манипулирования этими нервными цепями электрическими токами, светом, ультразвуком и магнитными полями.

Примечательно, что мы можем двигать пальцем, рукой или даже ногой, просто активируя правые нейроны в моторной коре. Точно так ученые научились активировать нейроны в зрительной коре, чтобы люди видели вспышки света. Первое позволяет лечить неврологические заболевания, такие как болезнь Паркинсона и эпилепсия, тогда как последнее должно в конечном итоге позволить восстановить зрение слепым.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Сколько людей сегодня имеют протезы сетчатки?

Идея визуального протеза или бионического глаза больше не является научной фантастикой. Стоит упомянуть об Argus II — устройстве, разработанном компанией Second Sight, которое доступно в США, Европе и некоторых азиатских странах. Оно предназначено для людей, которые потеряли зрение из-за дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как пигментный ретинит и дегенерация желтого пятна.

В мире насчитывается более 300 пользователей Argus II, а производитель, Second Sight только что начал внедрять ORION, устройство, которое полностью пропускает взгляд и напрямую взаимодействует с зрительной корой.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Кроме того, ученые с нетерпением ожидают первых результатов от PRIMA — нового субретинального устройства, разработанного Стэнфордским университетом и коммерческой французской компанией Pixium Vision.

Еще около 30 устройств находятся в разработке по всему миру. В целом, в течение следующего десятилетия должно быть доступно большое разнообразие технологий восстановления зрения.

Как работают нынешние системы

Идея состоит в том, чтобы заменить отсутствующие фоторецепторы микроэлектродной решеткой, которая имитирует их функциональность. Пользователи Argus II также носят очки со встроенной небольшой камерой, поэтому визуальный вход камеры может быть преобразован в серию электрических импульсов, которые имплантат подает на нервные контуры глаза.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Цель ученых — перейти к электростимуляции и придумать код, который может интерпретировать визуальная система. Это требует как глубокого понимания лежащей в основе нейробиологии, так и технических навыков для разработки жизнеспособного решения в реальном времени.

Они придумали математические уравнения, которые описывают, как отдельные нейроны реагируют на электрическую стимуляцию. Также они выполняют простые психофизические эксперименты, например, просят пользователей Argus II нарисовать то, что они видят, когда они стимулируют разные электроды.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Затем ученые используют результаты этих экспериментов для разработки пакетов программного обеспечения, которые предсказывают, что люди должны видеть для любого конкретного образца электрической стимуляции, который может использоваться производителем устройства, чтобы сделать искусственное зрение, предоставляемое этими устройствами, более понятным для пользователя.

Будущее за бионическим (искусственным), а не за биомимическим (естественным) зрением?

Источник: https://nlo-mir.ru/tehnologi/bionicheskimi-glazami.html

Бионический глаз – искусственная зрительная система :

Бионический глаз — что это? Именно такой вопрос возникает у людей, которые впервые столкнулись с этим термином. В приведенной статье мы подробно на него ответим. Итак, приступим.

Определение

Бионический глаз – это устройство, позволяющее слепым различать ряд визуальных объектов и компенсировать в определённом объёме отсутствие зрения. Хирурги имплантируют его в повреждённый глаз в качестве протеза сетчатки. Тем самым они дополняют искусственными фоторецепторами сохранившиеся в сетчатке неповреждённые нейроны.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Принцип действия

Бионический глаз состоит из полимерной матрицы, снабжённой фотодиодами. Она фиксирует даже слабые электрические импульсы и транслирует их нервным клеткам.

То есть сигналы преобразуются в электрическую форму и воздействуют на нейроны, которые сохранились в сетчатке. У полимерной матрицы есть альтернативы: инфракрасный датчик, видеокамера, особые очки.

Перечисленные устройства могут восстановить функцию периферийного и центрального зрения.

Встроенная в очки видеокамера записывает картинку и отправляет её в процессор-конвертор. А тот, в свою очередь, преобразует сигнал и отсылает его ресиверу и фотосенсору, который вживлён в сетчатку глаза больного. И только потом электрические импульсы передаются в мозг пациента через оптический нерв.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Специфика восприятия изображения

За годы исследований бионический глаз претерпел множество изменений и доработок. В ранних моделях картинка передавалась с видеокамеры сразу в глаз пациента. Сигнал фиксировался на матрице фотодатчика и поступал по нервным клеткам в мозг. Но в этом процессе был один недостаток – разность в восприятии изображения камерой и глазным яблоком. То есть они работали не синхронно.

Другой подход состоял в следующем: вначале видеоинформация отправлялась в компьютер, который преобразовывал видимое изображение в инфракрасные импульсы. Они отражались от стёкол очков и попадали через хрусталик в глазную сетчатку на фотосенсоры. Естественно, пациент не может видеть ИК-лучи.

Но их воздействие аналогично процессу получения изображения. Иными словами, перед человеком с бионическими глазами формируется доступное для восприятия пространство.

А происходит это так: картинка, полученная от действующих фоторецепторов глаза, накладывается на изображение от камеры и проецируется на сетчатку.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Новые стандарты

С каждым годом биомедицинские технологии развиваются семимильными шагами. В данный момент собираются внедрять новый стандарт для системы искусственного зрения. Это матрица, каждая сторона которой будет содержать по 500 фотоэлементов (9 лет назад их было всего 16).

Хотя, если провести аналогию с человеческим глазом, содержащим 120 млн палочек и 7 млн колбочек, то становится понятен потенциал дальнейшего роста.

Стоит отметить, что информация передаётся в головной мозг через миллионы нервных окончаний, а потом их уже самостоятельно обрабатывает сетчатка.

Argus II

Этот бионический глаз был разработан и сделан в США компанией «Ясновидение». 130 пациентов с заболеванием пигментный ретинит воспользовались его возможностями. Argus II состоит из двух частей: встроенной в очки мини-видеокамеры и имплантата.

Все объекты окружающего мира фиксируются на камеру и передаются в имплантат через процессор по беспроводной связи. Ну а имплантат с помощью электродов активирует имеющиеся у больного клетки сетчатки, отправляя информацию прямиком в зрительный нерв.

Пользователи бионического глаза уже через неделю чётко различают горизонтальные и вертикальные линии. В дальнейшем качество зрения через это устройство только возрастает. Argus II стоит 150 тысяч фунтов стерлингов.

Однако исследования не прекращаются, так как разработчики получают различные денежные гранты. Естественно, искусственные глаза ещё довольно несовершенны.

Но учёные делают всё, чтобы качество передаваемой картинки улучшилось.

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Бионический глаз в России

Первым пациентом, которому в нашей стране вживили устройство, стал 59-летний челябинец Александр Ульянов. Операция шла на протяжении 6 часов в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА.

За периодом реабилитации пациента следили лучшие офтальмологи страны. На протяжении этого времени в установленный Ульянову чип регулярно пускали электрические импульсы и отслеживали реакцию.

Александр показывал отличные результаты.

Конечно, он не различает цветов и не воспринимает многочисленные объекты, доступные здоровому глазу. Окружающий мир Ульянов видит размыто и в чёрно-белом цвете. Но и этого ему достаточно для абсолютного счастья. Ведь последние 20 лет мужчина вообще был слепым.

А сейчас его жизнь полностью изменил установленный бионический глаз. Стоимость операции в России составляет 150 тыс. рублей. Ну и плюс цена самого глаза, которая была указана выше.

Пока устройство выпускают только в Америке, но со временем в России должны появиться аналоги.

Источник: https://www.syl.ru/article/344602/bionicheskiy-glaz-iskusstvennaya-zritelnaya-sistema

Бионический глаз: куда шагнули разработки ученых?

Благодаря непрерывной научной деятельности ведущих мировых ученых, специализирующихся в области разработок электронных систем и протезов, имитирующих настоящий процесс передачи электрических импульсов для воссоздания зрительной функции. В основе всех разработок, называемых бионическими глазами, лежит идея стимуляции тканей зрительной коры головного мозга или сетчатки при помощи электрических импульсов.

Принцип действия бионической системы напоминает работу слуховых аппаратов. На сегодняшний день бионический глаз позволяет человеку с полным отсутствием зрения получить возможность видеть силуэты объектов и ориентироваться в пространстве. Для абсолютного слепого человека, живущего в полной темноте, такая возможность является шансом улучшить жизнь и стать ближе к окружающему миру.

Разработки бионических глаз

Argus retinal prosthesis – разработка американских ученых. После имплантации системы пациенты могут видеть свет, силуэты крупных предметов, а также небольшие вещи, включая посуду или столовые приборы.

Bionic Vision Australia – разработка австралийских ученых, представленная в виде чипа, оснащенного 1024 специальными диодами.

Дополнительно для работы системы требуются очки с камерой, которые предают полученный сигнал в чип, где данные преобразуются в электроимпульс, который воздействует на здоровые клетки сетчатки.

Далее через зрительный нерв импульс пердается в кору головного мозга.

Photovoltaic retinal prosthesis – система сочетает в себе фотодиод и проекционную систему для вывода изображения, которая выполнена в форме видеоочков.

Дополнительно подключается специальный гаджет, который преобразует данные, полученные с камеры очков, в импульсное инфракрасное изображение.

Дале изображение проецируется на сетчатке глаза и при помощи имплантата световые лучи преобразуются в электрические импульсы.

Artificial silicon retina (ASR) – разработка силиконовой сетчатки с микрочипом позволяет использовать имплантат без дополнительного внешнего устройства. Микроскопический чип содержит более 5 тысяч микрофотодиодов, к каждому из которых ведет отдельный электрод для стимуляции глазной функции.

Tübingen MPDA Project Alpha IMS – разработка представляет собой субретинальный протез сетчатки, который выполнен в виде чипа с микроскопическими фотодиодами для обеспечения восприятия глазом световых лучей. Чип помогает преобразовывать лучи света в электрические импульсы.

Implantable miniature telescope – имплантат, который устанавливается на задней камере глаза и выполняет функцию увеличительной лупы. Применяется для коррекции зрения на одном глазу, так как телескопическая система влияет на периферическое зрение.

Принцип действия бионического глаза

Общим для каждого из выше представленных изобретений является принцип действия устройства. Для получения изображения требуется камера, которая считывает информацию из внешнего мира и передает ее в специальный гаджет.

Девайс преобразует сигнал в электроимпульс и отправляет его вначале в микрочип, имплантированный в глаз, а далее предается на сетчатку либо в кору головного мозга, где установлено приемное устройство, обеспечивающее конечное формирование зрительных ощущений человека.

Читайте также:  Белые круги вокруг глаз - причина, лечение

Насколько изобретения ученых близки к реальности

На сегодняшний день операции по имплантации бионических глаз являются достаточно сложными и дорогостоящими. Как правило они финансируются из благотворительных фондов, государственных программ или за счет страхового полиса.

Ориентировочно стоимость имплантации протеза Argus II составляет более 150 тысяч $. Массовое производство и имплантация систем только в планах.

Сертификации в России на проведение подобных операций нет. Зафиксирован единичный случай экспериментальной имплантации Argus II россиянке в 2017 году.

После операции пациенты получают остроту зрения не более 0,05, что позволяет различать только контуры объектов, свет или ориентироваться в пространстве. Таким образом мечта вернуть слепым людям зрение таким, каким оно есть у здорового человека на сегодняшний день является невозможным.

Интересные статьи по теме:

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Источник: https://mgkl.ru/patient/stati/bionicheskij-glaz-kuda-shagnuli-razrabotki-uchenykh

Бионический глаз – искусственная зрительная система. Имплантаты сетчатки: будущее за высокими технологиями Глазные импланты

Глаза — самая сложная система в организме. И нейробиологи выясняют до сих пор, каким образом визуальные стимулы могут превращаться в информационные сообщения, воспринимаемые мозгом. При этом данный орган весьма хрупок, а расстройства зрения являются одними из наиболее распространенных среди всех болезней.

Стоит упомянуть, что самыми серьезными неприятностями со зрением являются заболевания ( , пигментный и др.), ведь около четверти пациентов с данными заболеваниями заканчивают полной . И все было бы не так плохо, если бы заболевания сетчатки поддавались лечению, однако любая терапия в таких случаях ограничивается только попытками замедлить болезнь.

Правда, в последнее время, опираясь на успехи нейробиологических технологий, ученые начинают задумываться о восстановлении утраченных в процессе заболеваний сетчатки фоторецепторов, что поможет вернуть зрение. При этом самым очевидным выходом является использование стволовых клеток. И на этой стезе достигнуты впечатляющие успехи. К примеру, таким образом частично вернули зрение слепым мышам и доказали безопасность использования стволовых клеток в человеческой сетчатке.

В то же время, существует и нейрокомпьютерное решение данной проблемы – замена сетчатки электронным протезом. Одно из таких устройств, Argus II, создано компанией SecondSight и уже рекомендовано к широкому применению в США.

Клинические испытания данного приспособления прошли успешно, однако у Argus II все еще остается масса неизученных возможностей, коим и посвятила свое исследование рабочая группа из Глазной больницы Мурфилдс (Великобритания), под руководством проф. Ивонны Ло.

Нужно сказать, что Argus II — это миниатюрная видеокамера на очках и устройство, беспроводным образом передающее визуальную информацию электронному имплантату. Задача последнего — стимулировать клетки, которые собирают информацию, в соответствии с инструкциями, получаемыми от «внешнего устройства».

Для участия в эксперименте отобрали восемь пациентов, практически лишенных зрения вследствие дегенерации сетчатки.

Их задачей было с помощью прибора различить два объекта (белый и металлический): сначала на темном фоне, а после, с выделенными контурами.

Для начала, больным с тяжелой формой пигментного ретинита предлагалось сделать это с выключенным устройством, затем — с работающим некорректно, и наконец, с работающим нормально.

Различить два предмета с выключенным устройством пациентам удалось в 12,5% случаев для первого опыта и в 9,4% — для второго. С плохо работающим прибором процент успеха поднялся до 26,2% и 20,7%. И наконец, с хорошо функционирующим устройством, степень точности различения составила 32,8% и 41,4% соответственно, что не может не впечатлять.

Успешную конкуренцию SecondSight в этом направлении составляет BostonRetinalImplantProject (США), в котором участвуют исследователи из Гарварда, Флоридского международного университета, Массачусетского технологического института и пр.

Отличительной особенностью такого рода устройств является микрочип, передающий внешние сигналы к клеткам глазного нерва. Это происходит посредством электродов. К примеру, у Argus II этих электродов 60, при этом, чем их больше, тем более детальным получится изображение, ведь микрочип сможет активировать больше клеток, а значит сообщать мозгу больше информации.

В этой связи можно с уверенностью предсказать борьбу между производителями имплантатов за увеличение числа электродов подобное тому, что произошло в сфере процессорных технологий, когда на единице площади пытались уместить по возможности больше транзисторов.

Так вот, рабочей группе проф. Кинзи Джонсу из международного университета во Флориде сделать это удалось. По их технологии производят чипы уже с 256 электродами. Данная технология, правда, пока что ждет клинических испытаний, но, ученые уверены, что их чипам уготовано блестящее будущее.

Однако не нужно думать, что подобные устройства — панацея от связанных с сетчаткой проблем. Какие бы успехи не предрекали таким протезам, вряд ли в обозримом будущем они смогут полностью заменить сетчатку в человеческом глазу.

Ученые уже разработали и совершенствуют глазные импланты. Бионическая сетчатка применяется для восстановления зрения людям, потерявшим его под влиянием воспалительных, аутоиммунных или травматических факторов.

Пока существуют только единичные примеры успешных операций по вживлению глазных протезов. Да и сами они несовершенны, поскольку дают возможность видеть только черно-белую картинку.

Но медики, ученые и инженеры трудятся над новыми разработками.

Что собой представляют и как работают?

Внешне они напоминают подобные конструкции из фантастических фильмов. Бионический глаз представляет собой оптический протез, состоящий из электродов. От них отходят микропровода к специальным очкам, на которые подается изображение. К проводкам прикреплены преобразователи сигнала.

Очки выполняют функцию крепежного аппарата. Они удерживают камеры, изображение с которых передается к электродам, имплантированным сетчатку. Сигналы воспринимаются зрительной корой затылочных областей головного мозга, как готовое изображение.

Происходит этого в обход разрушенных нейронов сетчатки — палочек и колбочек.

Вживленные в сетчатую оболочку глаза электроды выполняют функции палочек и колбочек, которые в здоровом органе зрения функционируют, как индикаторы света и цвета.

Особенности имплантации глазного протеза

Искусственный бионический глаз - зрительная система будущего

Самая большая сложность состоит в том, чтобы вживить бионик ультратонкий ретинальный слой. Имплантация производится в специальной операционной, оснащенной микрохирургическим инструментарием. Если у пациента еще имеется его родной глаз, не выполняющий зрительных функций, при показании к его удалению производят энуклеацию. Во время этой операции полностью удаляют глазное яблоко, на место которого в будущем имплантируют протез. Важно, что подобное оперативное вмешательство рекомендуется только тем пациентам, которые видели с рождения. Врожденная слепота является противопоказанием к вживлению искусственного глаза, поскольку при ней не сформирована зрительная кора, необходимая для распознания и интерпретации сигналов.

В 2018 году 39 миллионов человек остаются слепыми. Из-за наследственных заболеваний, старения тканей, инфекций или травм. Одна из главных причин — это болезни сетчатки.

Но наука развивается так быстро, что фантастика переходит из книг в лаборатории и операционные, снимая барьер за барьером.

Ниже мы рассмотрим, какое будущее ждет офтальмологию, как будут лечить (и уже лечат), возвращать зрение, диагностировать недуги и восстанавливать глаза после операций.

Киборгизация: бионические глаза

Главный тренд офтальмологии будущего — бионические глаза. В 2018 году уже существуют 4 успешных проекта, и искусственные глаза сейчас — далеко не картинка из футуристического фэнтези.

Самый интересный проект — это Argus II от Second Sight. Устройство состоит из импланта, очков, камеры, кабеля и видеопроцессора. Имплант, имеющий передатчик, вживляется в сетчатку.

Носимая с очками камера фиксирует изображения, которые процессор обрабатывает, генерируя сигнал, передатчик импланта принимает его и стимулирует клетки сетчатки. Так реконструируется зрение. Разработка изначально предназначалась для больных макулодистрофией.

Это возрастное заболевание, оно сопровождается слабым кровоснабжением центра сетчатки и приводит к слепоте.

В чем недостаток технологии? Устройство стоит баснословные 150 тысяч долларов и не возвращает зрение полностью, лишь позволяя различать силуэты фигур. По состоянию на 2017 год 250 человек носят Argus II, что, безусловно, ничтожно мало.

У Argus II есть аналоги. Например, Boston Retinal Implant. Он тоже создан специально для пациентов с макулодистрофией и пигментным ретинитом (разложением фоторецепторов сетчатки). Он работает по похожему принципу, направляя сигналы нервным клеткам и создавая схематичное изображение объекта.

Стоит назвать и IRIS, созданный для пациентов на последних стадиях деградации сетчатки. IRIS состоит из видеокамеры, носимого процессора и стимулятора. От них отличается Retina Implant AG. Имплант улавливает фотоны и активирует зрительный нерв, при этом устройство обходится без внешней камеры.

Импланты в головном мозге

Как ни странно, лечить зрение можно, не касаясь глаз. Для этого достаточно вживить в мозг чип, который будет стимулировать короткими электрическими разрядами зрительную кору.

В этом направлении работает упомянутый выше Second Sight. Компания разработала альтернативную версию Argus II, которая совсем не затрагивает глаза и работает с мозгом напрямую.

Девайс будет стимулировать нервные клетки током, извещая мозг о потоке света.

Искусственная сетчатка

Мы сказали, что пигментный ретинит поражает фоторецепторы сетчатки, из-за чего человек перестает воспринимать свет и слепнет. Это заболевание кодируется генетически. Сетчатка состоит из миллионов рецепторов. Мутация лишь в одном из 240 генов запускает их гибель и портит зрение, даже если связанные с ней зрительные нейроны будут целы.

Как быть в этом случае? Имплантировать новую сетчатку. Искусственный аналог состоит из электропроводящего полимера с шелковой подложкой, завернутого в полимерный полупроводник. Когда падает свет, полупроводник поглощает фотоны. Вырабатывается ток и электрические разряды касаются нейронов сетчатки.

Эксперимент с мышами показал, что при освещенности в 4-5 лк (Люксов), как в начале сумерек, мыши с имплантами реагируют на свет так же, как и здоровые грызуны. Томография подтвердила, что зрительная кора мозга крыс была активна. Неясно, будет ли разработка полезной для людей.

Итальянский технологический институт (IIT) обещает отчитаться о результатах опытов в 2018 году.

Ошибка в коде

Носимые, вшиваемые и встраиваемые устройства — не единственная надежда офтальмологии. Для того, чтобы вернуть зрение, можно переписать генетический код, из-за ошибки в котором человек начал слепнуть. Метод CRISPR, который базируется на инъекции раствора с вирусом, несущим правильный вариант ДНК, излечивает наследственные заболевания.

Исправление кода позволяет бороться с возрастной дегенерацией сетчатки, а также с амаврозом Лебера — крайне редким недугом, убивающим светочувствительные клетки. В мире им страдает около 6 тысяч человек. Препарат Luxturna обещает покончить с ним. Он содержит раствор с правильной версией гена RPE65, шифрующим структуру необходимых белков.

Это инъекционный препарат — его вводят в глаз микроскопической иглой.

Читайте также:  Ожог сетчатки глаза - последствия, симптомы, лечение

Диагностика и восстановление после операции

Источник: https://kyliecosmetics.ru/gastritis/bionicheskii-glaz-iskusstvennaya-zritelnaya-sistema.html

Контуры будущего: как современные технологии возвращают зрение абсолютно слепым

«Когда я впервые увидел человека, подумал: «Как это так! Не может быть!» Снимаю очки — ничего не видно. Надеваю — человек передо мной стоит».

58-летний Григорий Ульянов из Челябинска стал первым в России пациентом, которому имплантировали бионический глаз. Операцию ему сделали летом прошлого года.

А в декабре в нашей стране была проведена вторая операция по имплантации уникального устройства — обладателем импланта стала землячка Григория Антонина Захарченко.

Теперь, чтобы видеть, им достаточно надеть устройство в виде очков, а дальше запускается процесс передачи изображения в мозг.

При создании устройства разработчики выбрали привычную форму очков, которая не привлекает внимание. Вся система состоит из внешних и внутренних элементов. Внешние устройства: микрокамера, которая находится в очках, и преобразователь размером с мобильный телефон, который крепится на поясе.

«Преобразователь переводит визуальное изображение в цифровую информацию, которая возвращается к очкам, — рассказал врач-офтальмолог, который провел уникальную операцию, Христо Тахчиди. — На боковой дужке очков находится антенна, которая с помощью радиоволн передает информацию на глазное яблоко».

Операция по внедрению в глаз внутренних элементов шла шесть часов. Сложность состояла в том, что за это время врачам необходимо было провести по сути несколько операций: замена хрусталика и стекловидного тела, затем установка на глазном яблоке всей конструкции.

«Условно говоря, это бандаж вокруг экватора глазного яблока, на который крепится микроантенна и микропреобразователь. Далее через микроразрез внутрь глаза имплантируется микрочип с микрокабелем.

Микрочип имплантируется на сетчатку и фиксируется», — продолжает Христо Тахчиди.

Вторая сложность заключалась собственно в формате — «микро». Одно неправильное движение грозит обернуться повреждением конструкции, а хрупкость деталей требует аккуратности и колоссального напряжения.

«В микрокабеле — 60 микроскопических проводков, идущих к такому же количеству электродов микрочипа, если вы этот кабель два-три раза перегнете, какое-то волокно надорвется, если пережмете пинцетом, можно перекусить несколько волокон.

Поэтому все манипуляции осуществляются с ограниченным количеством движений, а все инструменты обернуты в силиконовые трубочки», — рассказывает врач.

Впрочем, в Научно-исследовательском центре офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова провели операции с лучшим показателем, какой только мог быть. «Очень хорошим результатом считается, если при такой операции потеряны пять электродов, — отметил Христо Тахчиди. — У нас в обоих случаях — ноль. Конструкция оказалась в целом состоянии».

Бионический глаз способен вернуть зрение людям с тяжелой формой наследственного заболевания — пигментный ретинит, при котором зрение уходит с возрастом постепенно.

Первые проблемы со зрением Григорий Ульянов испытал в пять лет, ситуацию осложняло ухудшение слуха после перенесенного гриппа.

«О проблемах со зрением молчал, никому ничего про это не говорил, — вспоминает Григорий в интервью ТАСС. — А мой плохой слух окружающие сами заметили. Из-за него учился не очень успешно».

В итоге из ближайшей к башкирскому селу Месягутово школы подростка отправили в Уфу, в школу-интернат для слабослышащих.

Все начинается с философии, понимания мира, взаимоотношений людей, социума, явлений природы, их взаимоотношений с людьми. Это фундамент человеческих знаний, к которому нам необходимо возвращаться

Христо Тахчиди

врач-офтальмолог, директор Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова

С возрастом зрение продолжало ухудшаться. Григорию пришлось уйти с Челябинского тракторного завода. «Спустя несколько лет зрение упало еще сильнее — без трости уже не мог ходить. А в 1996–1997 году я окончательно ослеп», — рассказал Григорий.

История 57-летней Антонины Захарченко удивительно похожа на судьбу Григория — обучение в сельской школе, затем переход в интернат для слабослышащих, получение инвалидности и увольнение из детского садика из-за ухудшения зрения. В 2004 году Антонина ослепла полностью.

О том, что современные технологии возвращают зрение, женщина вместе с мужем узнала в интернете.

«В прошлом году прочитали, что людям делают операции на глазах, восстанавливают зрение, — рассказала Антонина. — Стали интересоваться и нашли, что можно подать заявку в Фонд поддержки слепоглухих «Со-единение». Нашу заявку приняли, мне предложили пройти обследование. Я согласилась. По итогам был ответ, что мне операцию делать можно».

Григорий о шансе снова начать видеть узнал от заместителя председателя Областной общественной организации слепоглухих «Эльвира» Натальи Залевской. «Она об этом прочитала где-то в интернете. Я сначала не понял, о чем вообще идет речь, — есть очки, которые надеваешь и видишь окружающий мир в черно-белом варианте», — вспоминает Григорий.

Антонина признается, что сомнений нужно ли проводить операцию не было. «Да, в то время мне еще было непонятно, что это такое, — рассказала она. — Но я совсем слепая, а хотелось бы видеть».

Спустя две недели после операции, когда воспаление спало и биологические процессы внутри глаза восстановились, врачи Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова впервые включили устройство, чтобы увидеть, как бионический глаз прижился у их пациентов.

«Первым предметом, который увидел, был контур человека. Видел контуры людей, которых было очень много, — вспоминает Григорий. — Постепенно стал видеть стаканы, ложки и многие другие предметы. Привык к новому зрению за два-три месяца. До операции я практически ничего не видел. После нее — стал различать предметы».

«Это только начало»

Сейчас имплантируемый в глаз модуль позволяет воспринимать мир только в черно-белом цвете в виде контуров. «Сам предмет выглядит как белое поле, а по краям у него все черное, — описывает Григорий. — Могу брать их в руки, к примеру, ручку, телефон… На улице вижу бордюры, ямы, контуры людей. Это намного лучше, чем не видеть вообще ничего».

«Первое, что увидела, были вспышки. Я подумала: «Наконец-то я хотя бы что-то вижу!» — вспоминает первые впечатления от использования бионического глаза Антонина Захарова. — Сейчас я дома очки надеваю и хожу в них. Пока у меня получается различать стены, двери, и видно, если кто-то идет навстречу».

Пока что операции проводятся только при диагнозе пигментный ретинит и на определенной стадии заболевания — когда человек еще воспринимает свет, но уже не может определить его источник. Именно до такой стадии пигментный ретинит развился у Григория и Антонины.

Однако специалисты уверены: в ближайшем будущем технологии позволят людям с физической инвалидностью — со слепотой и глухотой — воспринимать мир почти так же, как воспринимают его здоровые люди.

Впрочем, бионический глаз, который имплантирован Григорию и Антонине, — это уже вторая модель ретинального импланта — Argus II c 60 электродами. Первая модель Argus I включала всего 30 электродов. Всего в мире проведено около 300 операций по имплантации бионического глаза.

«Электроды — это как пиксели в компьютере, — популярно объясняет Христо Тахчиди. — Они отвечают за четкость изображения». Григорий Ульянов стал 41-м пациентом в мире с системой Argus II, Антонина — 56-м. Уже сейчас специалисты трудятся над созданием новой модели Argus III, которая будет передавать изображение по 200 электродам.

«Вспомните, каким был первый мобильный телефон или компьютер, — говорит Христо Периклович. — Однозначно, со временем устройство будет передавать цветное изображение.

Сейчас мы ответили на самый главный вопрос — можно ли с помощью современной электроники передать зрительную информацию в мозг.

Мы уже научились успешно это делать и хотим пойти дальше, сделать картинку цветной и четкой — максимально приближенной к привычным представлениям об окружающем мире. Это уже техническая задача ближайшего будущего».

Движение в направлении микромира

Впрочем, в начале даже Христо Тахчиди, выдающийся офтальмолог страны, ученик и преемник известного глазного микрохирурга Святослава Федорова, не сразу воспринял идею о бионическом глазе серьезно, прочитав о нем несколько лет назад в журнале.

«Изложение было непрофессиональным, неглубоким. Я посмотрел, и это не вызвало во мне какой-то уверенности, — вспоминает Христо Периклович. — Показалось, что это из разряда тех идей, которые вспыхивают и гаснут».

Второй раз с бионическим глазом профессор столкнулся в 2015 году, уже когда трудился директором Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова, руководителем научно-клинического отдела офтальмологии, когда получил приглашение от представителей компании-производителя бионического глаза Second Sight Medical на научную конференцию.

Первое подобное устройство, призванное вернуть зрение невидящим, разрабатывалось в Германии в конце ХХ века. Однако до клинической части дело тогда не дошло. А примененный на практике протез сетчатки Argus был изобретен американцем Марком Хумаюном.

«Съездив туда, пообщавшись с инженерами, которые создавали это устройство, я понял самую главную мысль: с помощью бионического глаза информация передается в мозг, и мозг эту искусственную информацию от микрокамеры воспринимает и реагирует на нее, — говорит врач. — Это самый главный вопрос в этой истории».

После этого на базе Научно-клинического центра оториноларингологии ФМБА России, где располагается НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова, и началась подготовка к уникальной операции.

«За это время центр тестировали, приезжали в клинику, смотрели оборудование, — рассказывает профессор Тахчиди. — Это штучная операция, поэтому фирма дает добро только высококлассным клиникам.

Сейчас в мире такие операции осуществляются в считанных клиниках и странах».

На самом деле хирургия — это от нашего незнания. Это специальность, которая должна постепенно съежиться

Христо Тахчиди

врач-офтальмолог, директор Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова

Изучением самой недоступной области глаза — сетчатки — Христо Тахчиди занимается с 1980-х годов и является одним из первых и ведущих специалистов в области витреоретинальной хирургии.

«Практически тысячу лет хирургия глаза развивалась только в переднем сегменте — то, что было доступно, и к чему можно подобраться, — говорит врач. — А вот проникнуть внутрь глаза, дойти до сетчатки и там манипулировать мы практически не умели до конца прошлого века».

Первые попытки дойти до сетчатки через небольшие разрезы глазного яблока относятся к 1960–1970 годам. Именно тогда начали делать первые шаги в освоении самой малоизученной области заднего сегмента глаза, появились элементы витреоретинальной хирургии.

«Первые приборы, которые позволяют измельчать стекловидное тело и удалять его полностью, витреотомы, у нас были самодельные, — рассказывает Христо Тахчиди.

— Конструировали их с инженерами разных оборонных заводов.

А конец века ознаменовался тем, что в масштабах мировой офтальмологии мы могли однозначно сказать, что занимаемся задним сегментом глаза и можем делать в нем самые примитивные манипуляции».

С появлением микропроколов — 0,75 мм, 0,5 мм — появились и новые возможности в хирургии глаза. И Тахчиди стал одним из первых хирургов, кто масштабно стал использовать эти технологии.

«Когда в 2010 году на европейском конгрессе витреоретинальных хирургов докладывали об операции, оказалось, что мы делаем больше 90% операций через прокол 0,5 мм, тогда как лучший показатель по Европе в среднем составлял 40%», — говорит врач.

Читайте также:  Аллергия на глазах у ребенка - фото, лечение, причины и симптомы

А в 2010 году в России была проведена одна из первых операций в мире через прокол 0,3 мм.

«Прокол 0,3 мм дает минимальный по травматичности доступ к внутреннему содержимому глаза и к сетчатке. Первыми мы ее и попробовали. Но на самом деле и 0,3 — это не предел», — убежден профессор Тахчиди.

По его прогнозам, следующее поколение уже будет жить в другой системе медицинской помощи.

«На самом деле хирургия — это от нашего незнания, — уверен Христо Тахчиди. — Это специальность, которая должна постепенно съежиться.

Например, чтобы зашить межпредсердную перегородку, еще недавно надо было вскрыть грудную клетку, остановить сердце, подключить искусственное кровообращение, вскрыть сердце, залатать дырочку размером в сантиметр или пол, зашить сердце, зашить грудную клетку.

То есть огромное количество травм, чтобы зашить микроскопическую дырку. И месяцы реабилитации. Сейчас эта операция делается эндоваскулярно: через артерию с помощью зонда-манипулятора закрывают дефект межпредсердной перегородки, и через сутки человек свободен».

Уже сейчас в НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова  почти все операции проводятся без швов и без разрезов. «Мы работаем через микропроколы, и мы их не зашиваем.

Потому что организм умеет самостоятельно закрывать микродефекты за счет естественных механизмов. Таким образом, два элемента классической хирургии в офтальмологии уже отсутствуют — нет разреза и нет шва.

А это уже не классическая хирургия».

Специалист уверен, что на самом деле все операции можно делать через микроскопические проколы, а будущее нынешней хирургии — в переходе к работе на клетках. «Мы должны уйти в зону естественной реконструкции организма.

Мы должны работать так, как работает наш организм, который каждый день меняет тысячи клеток, и мы с вами этого не замечаем.

  Поэтому чем меньше хирург разрушает и чем целенаправленнее воздействуем на пул пораженных клеток, тем выше эффект, и сопутствующих проблем гораздо меньше.

Базовым элементом медицины будущего Христо Тахчиди, как ни странно, называет философию. «90% врачей считают, что они лечат больного, то есть они заменяют организм. На самом деле наша миссия — помогать организму пациента бороться с болезнью.

Если врач этого не понимает — это философская профессиональная драма. Мы вообще забыли философию. Все начинается с философии, понимания мира, взаимоотношений людей, социума, явлений природы, их взаимоотношений с людьми. Это фундамент человеческих знаний, к которому нам необходимо возвращаться.

В медицине основа — это медицинская философия».

Дарья Бурлакова, Александр Чирков

Источник: https://tass.ru/obschestvo/4904913

Бионический глаз, способный вернуть зрение, уже не фантастика

Здравствуйте, друзья. Достаточно давно, в результате стечения не совсем удачных для меня обстоятельств, я почти полностью утратил зрение. Мог различать только свет и что-то похожее на движение. Сами глаза не пострадали, а вот зрительные нервы перестали транслировать картинку в мозг.

Но мне в конечном счете повезло, врачи военно-медицинской академии, совместно с институтом экспериментальной медицины, смогли вернуть мне способность не просто видеть, а восстановили зрение практически полностью. Как говорится, даже испугаться не успел.

Хотя до сих пор вздрагиваю, встречая на улице людей с белой тростью.

Попробуйте зажмуриться и сделать несколько шагов. А теперь представьте, что вы больше не сможете открыть глаза и с этого момента вас будет окружать только тьма, а привычный доселе окружающий мир, останется только в вашей памяти. Ощущения, прямо скажем, сложнопередаваемые, особенно учитывая то, что зрение дает нам почти 90 процентов необходимой информации об окружающем пространстве.

Современные технологии позволяют транслировать изображения из далекого космоса или глубин океана. А вот могут ли они заменить людям глаза, искусственными имплантатами, как в фантастических фильмах?

К сожалению, современная наука пока не достигла должного уровня, чтобы на равных посоперничать с природой. Хотя кое-каких успехов все же достигла и в недалеком будущем, возможно подтянется до уровня Создателя.

Тем более, что в мире почти 40 миллионов человек, страдающих от слепоты и еще порядка 124 миллионов — от слабого зрения.

Поэтому исследования в этом направлении ведутся, разрабатываются разные способы и методы восстановления зрения.

Но решение проблемы создания бионических глаз, все еще находится в зачаточном состоянии, даже по сравнению с кохлеарными имплантатами, позволяющими уже сегодня вернуть утраченный слух, даже глухим от рождения.

Бионический глаз

Бионический глаз не то же самое, что стеклянный протез, который исправляет только косметический эффект от потери глазного яблока.Бионический глаз должен вернуть функциональную способность видеть.

В настоящее время самая продвинутая система искусственного зрения, апробированная на людях, это The Argus II Retinal Prosthesis System, разработанная калифорнийской компанией Second Sight.Она, конечно не решает проблему полностью, но все же это заметный прогресс.

Свет, проходя через роговицу и хрусталик, фокусируется на сетчатке в задней части глазного яблока(на фоторецепторах), где преобразуется в электрические импульсные шаблоны, транслирующиеся в мозг. Затем мозг преобразует их в изображения. Система Argus II берет на себя роль этих самых фоторецепторов.

Argus II был использован для восстановления определенного уровня визуального восприятия для сотен людей с тяжелой формой пигментного ретинита — болезнью , которая затрагивает одного из 5000 человек.

Как это работает.

Система Argus II состоит из двух частей. Она включает маленькую камеру, установленную на очках и крошечную матрицу электродов, имплантированную на сетчатку.

Сигналы от камеры, передаются по беспроводному каналу на имплантат сетчатки. Электроды чипа стимулируют клетки сетчатки, заставляя их посылать поступающую информацию в зрительный нерв, а потом в мозг, где они обрабатываются.

Нечто подобное (но совсем не то же самое) проделывали со мной. Имплантировали по золотому электроду в пораженные зрительные нервы каждого из глаз и электрическими токами, близкими к биотокам мозга, стимулировали их. Процесс восстановления зрения занял порядка трех-четырех месяцев.

Хотя система Argus II позволяет людям различать свет, движение и форму, это еще не тот уровень восприятия, на который надеются пациенты.

Ограничение в значительной степени происходит из-за того, что имплантат имеет только 60 электродов. Чтобы приблизиться к полному восприятию, потребуется около миллиона таких электродов.

  • Тем не менее, некоторые пользователи Argus II могут пересечь самостоятельно улицу и читать достаточно крупный шрифт.
  • Еще одно ограничение системы, это то, что она не позволяет различать цвет.
  • В будущем системы Argus II, вероятно, будут иметь расширенные имплантаты с более высоким числом электродов, которые способны передавать более четкое и функциональное изображение для слепых людей с заболеваниями сетчатки.

В дополнении к бионическому глазу Second Sight, исследователи тестируют имплантаты с еще большим количеством электродов, а также устройства, которые обходят сетчатку и стимулируют мозг непосредственно. Если это удастся, то будет сделан серьезный шаг к созданию полнофункционального искусственного глаза.

Первая подобная операция в России была проведена в июле 2017 года, в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА(Федеральное медико-биологическое агентство России ). 58-летний Григорий Ульянов из Челябинска, стал первым россиянином, которому установили такой имплантат.

Никогда не стоит забывать, что человеческий организм многократно сложнее любой электроники и к нему пока нет запасных частей. Поэтому берегите себя, своих близких и будьте здоровы.

Спасибо, что уделили время и внимание, если публикация вам понравилась, буду вам признателен за лайк!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b78038c396caa00a8f89665/5cb9c4e07b3ff400b3ccf2ed

Зрение будущего: искусственные глаза, сетчатка и импланты в мозге

В 2018 году 39 миллионов человек остаются слепыми. Из-за наследственных заболеваний, старения тканей, инфекций или травм. Одна из главных причин — это болезни сетчатки.

Но наука развивается так быстро, что фантастика переходит из книг в лаборатории и операционные, снимая барьер за барьером.

Ниже мы рассмотрим, какое будущее ждет офтальмологию, как будут лечить (и уже лечат), возвращать зрение, диагностировать недуги и восстанавливать глаза после операций.

Киборгизация: бионические глаза

Главный тренд офтальмологии будущего — бионические глаза. В 2018 году уже существуют 4 успешных проекта, и искусственные глаза сейчас — далеко не картинка из футуристического фэнтези.

Самый интересный проект — это Argus II от Second Sight. Устройство состоит из импланта, очков, камеры, кабеля и видеопроцессора. Имплант, имеющий передатчик, вживляется в сетчатку.

Носимая с очками камера фиксирует изображения, которые процессор обрабатывает, генерируя сигнал, передатчик импланта принимает его и стимулирует клетки сетчатки. Так реконструируется зрение. Разработка изначально предназначалась для больных макулодистрофией.

Это возрастное заболевание, оно сопровождается слабым кровоснабжением центра сетчатки и приводит к слепоте.

В чем недостаток технологии? Устройство стоит баснословные 150 тысяч долларов и не возвращает зрение полностью, лишь позволяя различать силуэты фигур. По состоянию на 2017 год 250 человек носят Argus II, что, безусловно, ничтожно мало.

У Argus II есть аналоги. Например, Boston Retinal Implant. Он тоже создан специально для пациентов с макулодистрофией и пигментным ретинитом (разложением фоторецепторов сетчатки). Он работает по похожему принципу, направляя сигналы нервным клеткам и создавая схематичное изображение объекта.

Стоит назвать и IRIS, созданный для пациентов на последних стадиях деградации сетчатки. IRIS состоит из видеокамеры, носимого процессора и стимулятора. От них отличается Retina Implant AG. Имплант улавливает фотоны и активирует зрительный нерв, при этом устройство обходится без внешней камеры.

Импланты в головном мозге

Как ни странно, лечить зрение можно, не касаясь глаз. Для этого достаточно вживить в мозг чип, который будет стимулировать короткими электрическими разрядами зрительную кору.

В этом направлении работает упомянутый выше Second Sight. Компания разработала альтернативную версию Argus II, которая совсем не затрагивает глаза и работает с мозгом напрямую.

Девайс будет стимулировать нервные клетки током, извещая мозг о потоке света.

Искусственная сетчатка

Мы сказали, что пигментный ретинит поражает фоторецепторы сетчатки, из-за чего человек перестает воспринимать свет и слепнет. Это заболевание кодируется генетически. Сетчатка состоит из миллионов рецепторов. Мутация лишь в одном из 240 генов запускает их гибель и портит зрение, даже если связанные с ней зрительные нейроны будут целы.

Как быть в этом случае? Имплантировать новую сетчатку. Искусственный аналог состоит из электропроводящего полимера с шелковой подложкой, завернутого в полимерный полупроводник. Когда падает свет, полупроводник поглощает фотоны. Вырабатывается ток и электрические разряды касаются нейронов сетчатки.

Эксперимент с мышами показал, что при освещенности в 4-5 лк (Люксов), как в начале сумерек, мыши с имплантами реагируют на свет так же, как и здоровые грызуны. Томография подтвердила, что зрительная кора мозга крыс была активна. Неясно, будет ли разработка полезной для людей.

Итальянский технологический институт (IIT) обещает отчитаться о результатах опытов в 2018 году.

Ошибка в коде

Носимые, вшиваемые и встраиваемые устройства — не единственная надежда офтальмологии. Для того, чтобы вернуть зрение, можно переписать генетический код, из-за ошибки в котором человек начал слепнуть. Метод CRISPR, который базируется на инъекции раствора с вирусом, несущим правильный вариант ДНК, излечивает наследственные заболевания.

Исправление кода позволяет бороться с возрастной дегенерацией сетчатки, а также с амаврозом Лебера — крайне редким недугом, убивающим светочувствительные клетки. В мире им страдает около 6 тысяч человек. Препарат Luxturna обещает покончить с ним. Он содержит раствор с правильной версией гена RPE65, шифрующим структуру необходимых белков.

Это инъекционный препарат — его вводят в глаз микроскопической иглой.

Диагностика и восстановление после операции

Источник: https://doctor.rambler.ru/news/41075627-zrenie-buduschego-iskusstvennye-glaza-setchatka-i-implanty-v-mozge/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector