MOSKVA, 13. svibnja - RIA Novosti. Američki biotehnolozi stvorili su prototip umjetne mrežnice koja ne zahtijeva napajanje i radi na infracrvenu energiju, navodi se u članku objavljenom u časopisu Nature Photonics.

Danas znanstvenici diljem svijeta razvijaju nekoliko vrsta implantata koji, u teoriji, mogu vratiti vid izgubljen kao posljedica degenerativnih bolesti ili nezgoda. U nekim slučajevima biolozi eksperimentiraju s matičnim stanicama ili pojedinačnim stanicama mrežnice; u drugima fizičari i biotehnolozi pokušavaju prilagoditi razne elektroničke uređaje za rad s ljudskim i životinjskim mozgovima. Međutim, do sada nije postignut značajan napredak ni u jednoj studiji.

cyber oko

Grupa znanstvenika predvođena Jamesom Loudinom (James Loudin) sa Sveučilišta Stanford (SAD) razvila je novu vrstu elektroničke mrežnice, pogodnu za snimanje slike visoke razlučivosti i ne zahtijeva vanjski izvor energije - glavna prepreka razvoju takvih tehnologije.

"Naš izum radi otprilike na isti način kao solarni paneli na krovu kuće, pretvarajući svjetlost u električne impulse. Međutim, u našem slučaju električna energija ne hrani" hladnjak ", već se šalje mrežnici kao signal, “ rekao je jedan od članova grupe Danijel Palanker ( Daniel Palanker ).

Umjetna mrežnica oka Laudina i njegovih kolega skup je mnogih mikroskopskih pojedinačnih silikonskih ploča koje kombiniraju element osjetljiv na svjetlost, generator električne energije i neke druge elemente. Ova mrežnica zahtijeva posebne naočale s ugrađenom video kamerom i džepno računalo koje obrađuje sliku.

Ovaj uređaj radi na sljedeći način: kamera u naočalama kontinuirano pretvara svjetlost u dijelove elektroničkih impulsa. Svaki se "kadar" obrađuje na računalu, dijeli na dvije polovice - za desno i lijevo oko, te prenosi do infracrvenih emitera na stražnjoj strani leća naočala. Naočale emitiraju kratke impulse infracrvenog zračenja koje aktivira fotosenzore na mrežnici oka i tjera ih da prenose električne impulse koji kodiraju sliku do optičkih neurona.

"Moderni implantati su vrlo glomazni, a operacije umetanja svih potrebnih komponenti u oko nevjerojatno teške. U našem slučaju kirurg treba napraviti samo jedan mali rez na mrežnici i ispod njega uroniti fotoosjetljivu komponentu uređaja, “, nastavio je Palanker.

infracrveni uvid

Prema znanstvenicima, korištenje infracrvenog svjetla za prijenos informacija ima dvije ključne prednosti. Prvo, omogućuje vam povećanje snage pulsa na vrlo visoke vrijednosti bez izazivanja boli u živim stanicama mrežnice, budući da fotoosjetljive stanice ne reagiraju na infracrveno zračenje. Drugo, velika snaga zračenja poboljšava jasnoću slike u slučajevima kada su neuroni ispod mrežnice ozbiljno oštećeni ili slabo reagiraju na električne impulse.

Znanstvenici su testirali djelovanje svog izuma na mrežnici oka i živčanog tkiva uzetih od videćih i slijepih štakora. U ovom eksperimentu pričvrstili su fotoćelije na male dijelove mrežnice, spojili elektrode na obližnje neurone i promatrali počinju li emitirati impulse kada su izloženi vidljivom i infracrvenom svjetlu.

Američki znanstvenici proučavali su neuralni kod stanica mrežnice kod miševa. Rezultat su bili dobiveni podaci koji su korišteni za izradu umjetnog oka. Ovaj uređaj ima potencijal vratiti vid slijepim miševima. Drugi su znanstvenici na isti način proučavali retinalni kod majmuna. Ispostavilo se da je njegova struktura i neuralna aktivnost u mnogočemu slična ljudskoj. Autori ovih radova vjeruju da će ove studije pomoći u stvaranju uređaja koji će nakon testiranja pomoći slijepim osobama da vrate vid.

Važno je napomenuti da će, kako su zamislili istraživači, umjetna mrežnica pomoći vidjeti ne samo konture predmeta, već može čak i vratiti vizualnu funkciju u potpunosti. Odnosno, prethodno slijepi pacijent moći će razlikovati male detalje, na primjer, crte lica sugovornika. Trenutačno je studija u fazi testiranja na životinjama koje mogu razlikovati pokretne objekte.

Glavni zadatak znanstvenika u ovoj fazi je stvoriti naočale ili uređaj u obliku obruča, uz pomoć kojeg će se vanjska svjetlost prikupljati i pretvarati u određeni elektronički kod. Nadalje, ovaj kod u središnjim strukturama mozga će se transformirati u sliku.

Bolesti mrežnice su uzrok broj jedan sljepoće. No, čak i ako su sve fotoreceptorske stanice oštećene, vidni živac obično nije oštećen, odnosno živčani izlazni put je očuvan. očna jabučica. Moderne proteze iskorištavaju tu činjenicu. U tom se slučaju u oko slijepe osobe ugrađuju posebne elektrode. Stimuliraju ganglijske živčane stanice. Ali u isto vrijeme možete dobiti samo mutnu sliku, to jest, osoba percipira obrise predmeta.

Još alternativna metoda liječenje sljepoće je stimulacija stanica putem proteina osjetljivih na svjetlost. Ubrizgavaju se u mrežnicu očne jabučice pomoću metoda genska terapija. Kada se ubrizgaju u mrežnicu, ovi proteini istovremeno stimuliraju veliki broj ganglijske stanice.

No, da bi se stvorila jasna slika, potrebno je utvrditi kod mrežnice, odnosno način na koji priroda svjetlost pretvara u električni impuls. U suprotnom, generirani impulsi bit će nerazumljivi neuronima mozga i izgradnja jasne slike postat će nemoguća.

U početku su znanstvenici pokušali dobiti ovaj kod pomoću jednostavnih objekata, koji uključuju, na primjer, geometrijske oblike. Sheila Nirenberg, liječnica neuroznanosti, predložila je da retinalni kod treba biti iste vrste i za izradu jednostavnih geometrijskih oblika i za stvaranje složenijih slika (ljudska lica, krajolici). Radeći na ovoj teoriji, S. Nirenberg je shvatio da je ista vrsta hipoteze prikladna za protetiku retine. Provela je jednostavan eksperiment u kojem je mini-projektor, kontroliran dešifriranim kodom, slao električne impulse ganglijskim stanicama miševa. U te stanice pomoću tehnika genetski inženjering fotoosjetljivi proteini su unaprijed ugrađeni.

Analizom rezultata dobivenih nizom eksperimenata, utvrđeno je da se kvaliteta vida miša kojemu je ugrađen ovaj projektor ne razlikuje od vidne funkcije zdravog glodavca.

Ovaj inovativna tehnologija daje nadu ogromnom broju slabovidnih pacijenata. S obzirom na činjenicu da terapija lijekovima pomaže samo manjem dijelu slijepih osoba, retinalna proteza bit će vrlo tražena u kliničkoj praksi.

28. travnja 2015

Istraživači medicinska škola Sveučilište Stanford, pod vodstvom profesora Daniela Palankera, razvilo je bežični retinalni implantat koji će u budućnosti vraćati vid pet puta bolje od postojećih uređaja. Rezultati studija na štakorima ukazuju na sposobnost novog uređaja da omogući funkcionalan vid pacijentima s degenerativne bolesti retine, kao što su retinitis pigmentosa i makularna degeneracija.

Degenerativne bolesti mrežnice dovode do razaranja fotoreceptora - takozvanih štapića i čunjića - dok je ostatak oka, u pravilu, očuvan u dobrom stanju. Novi implantat koristi električnu ekscitabilnost jedne od populacija retinalnih neurona poznatih kao bipolarne stanice. Ove stanice obrađuju signale iz fotoreceptora prije nego što dođu do ganglijskih stanica, koje šalju vizualne informacije u mozak. Stimulirajući bipolarne stanice, implantat iskorištava važna prirodna svojstva neuralnog sustava retine, što rezultira detaljnijim slikama od uređaja koji ne ciljaju te stanice.

Implantat, izrađen od silicijevog oksida, sastoji se od šesterokutnih fotoelektričnih piksela koji pretvaraju svjetlost koju emitiraju posebne naočale koje se stavljaju na oči pacijenta u struja. Ovi električni impulsi stimuliraju bipolarne stanice u mrežnici, pokrećući živčanu kaskadu koja dolazi do mozga.

leđa

Pročitajte također:

06. travnja 2015

Kako izgledaju magnetski valovi?

Kompas u čvrstom stanju koji šalje signale u područja moždane kore slijepog štakora odgovorna za obradu vizualnih informacija omogućio je životinji da "vidi" geomagnetska polja.

pročitano 20. lipnja 2013

Bežična retinalna proteza

Biotehnolozi sa Sveučilišta Stanford uspješno su transplantirali retinalne proteze u oči štakora, koje rade bez izvora energije i zahtijevaju minimalnu kiruršku intervenciju za implantaciju.

pročitano 22. veljače 2013

Elektroničke mrežnice se poboljšavaju

Alpha IMS bežična bionička mrežnica radi bez vanjske kamere, omogućava slobodno kretanje očiju, te šalje signale od 1500 piksela do obližnjih neuralnih slojeva mrežnice i do optičkog živca, potpuno simulirajući rad fotoreceptorskih stanica.

pročitano 18. veljače 2013

Prva elektronička retina ulazi na američko tržište

FDA je odobrila prvu umjetnu mrežnicu, implantabilni uređaj s nekim od funkcija mrežnice koji će pomoći ljudima koji su izgubili vid zbog genetska bolest- retinitis pigmentosa.

pročitano 14. svibnja 2012

Optoelektronska retina bez baterija

Kako bi stvorili umjetnu mrežnicu, znanstvenici su odlučili upotrijebiti fotoćelije aktivirane infracrvenim zračenjem, što je omogućilo kombiniranje prijenosa vizualnih informacija s prijenosom energije i pojednostavljenje uređaja za implantaciju.

Njemački znanstvenici razvili su umjetnu mrežnicu koja se može ugraditi.

U eksperimentu je djelomično vratila tri pacijenta slijepa zbog nasljedne retinalne distrofije, piše The Daily Telegraph.

Prethodni uređaji slične namjene bili su kamera i procesor koje nosite kao naočale. Bionički implantat, koji je razvio Retinal Implant AG u suradnji s Institutom za oftalmološka istraživanja Sveučilišta u Tübingenu, ugrađuje se izravno ispod mrežnice i koristi optički aparat oka. Dakle, to je izravna zamjena za izgubljene svjetlosne receptore.

Crno-bijela slika dobivena pomoću bioničke mrežnice stabilna je i odgovara pokretima očne jabučice.

Troje pacijenata koji su sudjelovali u testiranju uređaja mogli su razlikovati oblike predmeta nekoliko dana nakon operacije. Jednom od njih toliko se poboljšao vid da je počeo slobodno hodati po sobi, prilaziti ljudima, vidjeti kazaljke na satu i razlikovati sedam nijansi sive.

Prema riječima profesora Eberharta Zrennera, voditelja očna bolnica Sveučilište u Tübingenu, pilot testovi su uvjerljivo dokazali da implantat može vratiti vid osobama s retinalnom distrofijom u dovoljnoj Svakidašnjica volumen. Istina, napomenuo je, uvođenje uređaja u klinička praksa trebat će puno vremena.

Bionička mrežnica, prema znanstvenicima, može se koristiti za sljepoću uzrokovanu retinitis pigmentosa i drugim degenerativnim bolestima mrežnice.

Sustavi bioloških senzora su kompaktni i energetski učinkoviti. Pokušavajući stvoriti poluvodički analog mrežnice, suočavaju se s velikim poteškoćama: s debljinom od 0,5 mm, teži 0,5 g i troši 0,1 W.

Riža. osam.

biološke mrežnice.

Stanice mrežnice povezane su složenom mrežom ekscitatornih (jednostrane strelice), inhibitornih (crte s kružićima na kraju) i dvosmjernih (dvostrane strelice) signalnih veza. Ovaj krug stvara selektivne odgovore od četiri vrste ganglijskih stanica (ispod), koje čine 90% vlakana. optički živac prijenos vizualnih informacija u mozak. Ganglijske stanice inkluzije "On." (zeleno) i isključite "Isključeno". (crveno) se pobuđuju kada je lokalni intenzitet svjetlosti veći ili niži nego u okolnom području. Povećanje ganglijskih stanica "Inc." (plavo) i silazno "Dec." (žuto) stvaraju impulse kada se intenzitet svjetlosti povećava ili smanjuje.

Riža. osam.

silicijska mrežnica

U elektroničkim modelima mrežnice aksoni i dendriti svake stanice (signalne veze) zamijenjeni su metalnim vodičima, a sinapse tranzistorima. Permutacije ove konfiguracije stvaraju ekscitatorne i inhibitorne interakcije koje oponašaju veze između neurona. Tranzistori i vodiči koji ih povezuju nalaze se na silikonskim čipovima, razne sekcije koji igraju ulogu različitih slojeva stanica. Velike zelene površine su fototranzistori koji pretvaraju svjetlost u električne signale.

Na ranoj fazi Tijekom razvoja oka, ganglijske stanice retine šalju svoje aksone u tektum, osjetno središte srednjeg mozga. Aksoni retine vođeni su kemijskim tragovima koje oslobađaju susjedne tektalne stanice koje se istovremeno aktiviraju; kao rezultat toga, povezani su neuroni koji se aktiviraju istovremeno. Kao rezultat toga, u srednjem mozgu se formira mapa prostornog položaja retinalnih senzora.

Za modeliranje ovog procesa koriste se programabilne žice za stvaranje samoorganizirajućih veza između stanica u Visio1 retinalnom čipu (gore) i Neurotrope1 umjetnom tectum čipu (dolje). Električni izlazni impulsi usmjeravaju se od umjetnih ganglijskih stanica do tektumskih stanica preko memorijskog čipa (RAM) (u sredini). Retinalni čip daje adresu ekscitiranog neurona, a tectum čip reproducira impuls ekscitacije na odgovarajućem mjestu. U našem primjeru, umjetni tektum daje upute RAM-u da zamijeni adrese 1 i 2. Kao rezultat toga, završetak aksona ganglijske stanice 2 pomiče se na tektum stanicu 1, istiskujući akson ganglijske stanice 3. Aksoni reagiraju na gradijent električne struje naboj koji oslobađa pobuđena stanica, pomažući preusmjeravanju veza.

Nakon višestrukog pucanja blokova susjednih umjetnih neurona mrežnice (istaknuti trokuti, gore lijevo) krajnje točke aksoni stanica tektuma, koji su u početku bili raštrkani (istaknuti trokuti dolje lijevo), konvergiraju i tvore jednoličnije trake (dolje desno).

Riža. 9.

Umjetne mrežnice "Argus" (Argus) uspješno su ugrađene u šest slijepih pacijenata, omogućivši im da ponovno vide svjetlost i detektiraju kretanje velikih svijetlih objekata.

Riža. deset.

Ovaj sustav kombinira maleni elektronički očni implantat s video kamerom postavljenom na tamne naočale. Mreža od 16 elektroda u implantatu povezuje se s mrežnicom, djelujući na fotoreceptore. Signal koji im se doprema putuje dugim putem od kamere: kroz procesor za obradu, zatim kroz radio kanal do prijemnika koji se nalazi iza uha, a zatim kroz žice razvučene ispod kože do očnog implantata. Sustav može raditi samo s pacijentima koji imaju oslabljene i oštećene retinalne fotoreceptore, ali zdrav vidni živac.

Pokušava se reproducirati živčane strukture i njihove funkcije. To se zove preslikavanje (preslikavanje) neuronskih veza na silicijske elektroničke sklopove. Dakle, neuromorfni mikročipovi nastaju morfiranjem mrežnice - ovojnice živčanog tkiva debljine 0,5 mm. stražnji zid oči. Retina se sastoji od pet specijaliziranih slojeva nervne ćelije te vrši predobradu vizualnih slika (slika), izdvajanje korisna informacija bez obraćanja mozgu i bez rasipanja njegovih resursa.

Silicijska mrežnica osjeća pokrete ljudske glave. Četiri vrste silicijevih ganglijskih stanica na Visio1 čipu oponašaju stvarne stanice mrežnice i obavljaju vizualnu predobradu. Neke stanice reagiraju na tamna područja (crveno), druge na svijetla područja (zeleno). Treći i četvrti skup ćelija prate prednje (žuto) i stražnje (plavo) granice objekata. Crno-bijele slike nastale dekodiranjem pokazuju što bi slijepa osoba vidjela s neuromorfnim retinalnim implantatom.