MOSZKVA, május 13. – RIA Novosztyi. A Nature Photonics folyóiratban megjelent cikk szerint amerikai biotechnológusok megalkották egy olyan mesterséges retina prototípusát, amely nem igényel energiarendszert, és infravörös energiával működik.

Ma a tudósok világszerte többféle implantátumot fejlesztenek, amelyek elméletileg helyreállíthatják a degeneratív betegségek vagy balesetek következtében elvesztett látást. Egyes esetekben a biológusok őssejtekkel vagy egyedi retinasejtekkel kísérleteznek, más esetekben a fizikusok és biotechnológusok különféle elektronikus eszközöket próbálnak adaptálni az emberi és állati agyhoz. Jelentős előrelépés azonban eddig egyetlen tanulmányban sem történt.

kiberszem

James Loudin (James Loudin) vezette tudóscsoport a Stanford Egyetemről (USA) egy új típusú elektronikus retinát fejlesztett ki, amely alkalmas nagyfelbontású képalkotásra, és nem igényel külső áramforrást – ez a fő akadály az ilyen retinák kifejlesztésében. technológiákat.

"Találmányunk nagyjából ugyanúgy működik, mint a napelemek a ház tetején, elektromos impulzusokká alakítva a fényt. A mi esetünkben azonban az elektromosság nem a "hűtőt" táplálja, hanem jelként a retinára kerül, – mondta a csoport egyik tagja, Daniel Palanker (Daniel Palanker).

Laudin és munkatársai szemének mesterséges retinája számos mikroszkopikus szilíciumlemezből áll, amelyek fényérzékeny elemet, elektromos generátort és néhány más elemet egyesítenek. Ehhez a retinához speciális szemüvegre van szükség beépített videokamerával és egy zsebszámítógéppel, amely feldolgozza a képet.

Ez az eszköz a következőképpen működik: a szemüvegben lévő kamera folyamatosan alakítja át a fényt elektronikus impulzusok részévé. Minden egyes "keretet" számítógépen dolgoznak fel, két részre osztva - a jobb és a bal szem számára, és továbbítják a szemüveglencsék hátulján lévő infravörös sugárzókhoz. A szemüveg infravörös sugárzás rövid impulzusait bocsátja ki, ami aktiválja a szem retináján lévő fotoérzékelőket, és arra készteti őket, hogy képet kódoló elektromos impulzusokat továbbítsanak az optikai neuronoknak.

"A modern implantátumok nagyon terjedelmesek, és hihetetlenül nehézkesek azok a műveletek, amelyek során az összes szükséges komponenst a szembe helyezik. Esetünkben a sebésznek csak egyetlen apró bemetszést kell végeznie a retinán, és alá kell merítenie a készülék fényérzékeny alkatrészét. – folytatta Palanker.

infravörös betekintés

A tudósok szerint az infravörös fény információtovábbításra való felhasználásának két fő előnye van. Először is, lehetővé teszi az impulzusteljesítmény nagyon nagyra növelését magas értékek anélkül, hogy fájdalmat okozna a retina élő sejtjeiben, mivel a fényérzékeny sejtek nem reagálnak rá infravörös sugárzás. Másodszor, a nagy sugárzási teljesítmény javítja a kép tisztaságát azokban az esetekben, amikor a retina alatti neuronok súlyosan károsodnak, vagy rosszul reagálnak az elektromos impulzusokra.

A tudósok találmányuk munkáját a szem retináján tesztelték és idegszövet látó és vak patkányoktól vették. Ebben a kísérletben fotocellákat erősítettek a retina apró darabjaira, elektródákat csatlakoztattak a közeli neuronokhoz, és figyelték, elkezdenek-e impulzusokat kibocsátani, ha látható és infravörös fénynek vannak kitéve.

Amerikai tudósok egereken tanulmányozták a retinasejtek idegi kódját. Az eredmény a kapott adatok lettek, amelyeket egy mesterséges szem létrehozásához használtak fel. Ez az eszköz képes helyreállítani a vak egerek látását. Más tudósok hasonló módon tanulmányozták a retina kódját majmokon. Kiderült, hogy szerkezete és idegi tevékenysége sok tekintetben hasonlít az emberéhez. E művek szerzői úgy vélik, hogy ezek a tanulmányok segítenek létrehozni egy olyan eszközt, amely a tesztelés után segít a vakoknak visszanyerni látásukat.

Fontos megjegyezni, hogy a kutatók elképzelése szerint a mesterséges retina nemcsak a tárgyak körvonalait segíti, hanem a vizuális funkciót is teljes mértékben helyreállítja. Vagyis egy korábban vak beteg képes lesz megkülönböztetni az apró részleteket, például a beszélgetőpartner arcvonásait. Jelenleg a tanulmány a jóváhagyás szakaszában van olyan állatokon, amelyek képesek megkülönböztetni a mozgó tárgyakat.

A tudósok fő feladata ebben a szakaszban szemüveg vagy karika formájú eszköz létrehozása, amellyel a külső fényt összegyűjtik és egy meghatározott elektronikus kóddá alakítják. Továbbá ez a kód az agy központi struktúráiban képpé alakul át.

A retina betegségek a vakság első számú oka. Azonban még ha az összes fotoreceptor sejt sérült is, a látóideg általában nem sérül, vagyis az ideg kimeneti útvonala megmarad. szemgolyó. A modern protézisek ezt a tényt használják ki. Ebben az esetben speciális elektródákat ültetnek be egy vak személy szemébe. Stimulálják a ganglionális idegsejteket. De ugyanakkor csak homályos képet kaphat, vagyis az ember érzékeli a tárgyak körvonalait.

Egy másik alternatív módszer A vakság kezelése a sejtek stimulálása fényérzékeny fehérjéken keresztül. Módszerekkel injektálják a szemgolyó retinájába génterápia. A retinába fecskendezve ezek a fehérjék egyidejűleg stimulálnak nagyszámú ganglionsejtek.

A tiszta kép kialakításához azonban meg kell határozni a retina kódját, vagyis azt a módot, ahogyan a természet a fényt elektromos impulzussá alakítja. Ellenkező esetben a generált impulzusok az agy idegsejtjei számára érthetetlenek lesznek, és lehetetlenné válik a tiszta kép kialakítása.

Eleinte a tudósok egyszerű objektumok segítségével próbálták megszerezni ezt a kódot, amelyek például geometriai alakzatokat tartalmaznak. Sheila Nirenberg idegtudományi doktor azt javasolta, hogy a retina kódjának azonos típusúnak kell lennie mind egyszerű geometriai formák, mind bonyolultabb festmények (emberarcok, tájképek) készítésekor. Miközben ezen az elméleten dolgozott, S. Nirenberg rájött, hogy ugyanez a hipotézis alkalmas a retina protézisére is. Egy egyszerű kísérletet végzett, amelyben egy megfejtett kóddal vezérelt mini-projektor elektromos impulzusokat küldött az egerek ganglionsejtjeihez. Ezekbe a sejtekbe technikák segítségével génmanipuláció fényérzékeny fehérjéket előre beágyaztak.

A kísérletsorozat során kapott eredmények elemzése során kiderült, hogy az ezzel a projektorral beültetett egér látásminősége nem különbözik egy egészséges rágcsáló vizuális funkciójától.

Ez innovatív technológia reményt ad rengeteg látássérült betegnek. Annak a ténynek köszönhető, hogy a drog terápia a vakok csak kis részén segít, a retina protézisre nagy igény lesz a klinikai gyakorlatban.

2015. április 28

Kutatók orvosi iskola A Daniel Palanker professzor vezette Stanford Egyetem olyan vezeték nélküli retina implantátumot fejlesztett ki, amely a jövőben ötször jobban helyreállítja a látást, mint a meglévő eszközök. A patkányokon végzett vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy az új eszköz képes funkcionális látást biztosítani a betegek számára degeneratív betegségek retina, például retinitis pigmentosa és makuladegeneráció.

A retina degeneratív betegségei a fotoreceptorok - az úgynevezett rudak és kúpok - pusztulásához vezetnek, míg a szem többi része általában jó állapotban marad meg. Az új implantátum a bipoláris sejteknek nevezett retina neuronok egyik populációjának elektromos ingerlékenységét használja fel. Ezek a sejtek feldolgozzák a fotoreceptorok jeleit, mielőtt azok elérnék a ganglionsejteket, amelyek vizuális információt küldenek az agynak. A bipoláris sejtek stimulálásával az implantátum kihasználja a retina idegrendszerének fontos természetes tulajdonságait, így részletesebb képeket eredményez, mint az ezeket a sejteket nem célzó eszközök.

A szilícium-oxidból készült implantátum hatszögletű fotoelektromos pixelekből áll, amelyek a páciens szemére helyezett speciális szemüveg által kibocsátott fényt elektromosság. Ezek az elektromos impulzusok stimulálják a retina bipoláris sejtjeit, és elindítanak egy neurális kaszkádot, amely eléri az agyat.

vissza

Olvassa el még:

2015. április 06

Hogyan néznek ki a mágneses hullámok?

Egy szilárdtest-iránytű chip, amely jeleket küld a vak patkány agykéregének a vizuális információk feldolgozásáért felelős területeire, lehetővé tette az állat számára, hogy "lássa" a geomágneses mezőket.

olvasva 2013. június 20

Vezeték nélküli retina protézis

A Stanford Egyetem biotechnológusai sikeresen ültettek be retinaprotéziseket patkányok szemébe, amelyek áramforrás nélkül működnek, és a beültetésük minimális sebészeti beavatkozást igényel.

olvasva 2013. február 22

Az elektronikus retina javul

Az Alpha IMS vezeték nélküli bionikus retina külső kamera nélkül működik, lehetővé téve a szemek szabad mozgását, és 1500 pixelből küld jeleket a retina közeli idegi rétegeibe és a látóidegbe, teljesen szimulálva a fotoreceptor sejtek munkáját.

olvasva 2013. február 18

Az első elektronikus retina belép az Egyesült Államok piacára

Az FDA jóváhagyta az első mesterséges retinát, egy olyan beültethető eszközt, amely a retina bizonyos funkcióival rendelkezik, és amely segít azokon az embereken, akik elvesztették látásukat genetikai betegség- retinitis pigmentosa.

olvasva: 2012. május 14

Optoelektronikus retina elemek nélkül

A mesterséges retina létrehozásához a tudósok úgy döntöttek, hogy infravörös-aktivált fotocellákat használnak, amelyek lehetővé tették a vizuális információ átvitelének összekapcsolását az energia átvitelével, és egyszerűsítették az implantációs eszközt.

Német tudósok beültethető mesterséges retinát fejlesztettek ki.

A kísérlet során három, örökletes retina dystrophia következtében vakon részlegesen visszaadott beteget – írja a The Daily Telegraph.

Korábbi hasonló célú eszközök kamera és processzor voltak, amelyeket szemüvegként viselsz. A Retinal Implant AG által a Tübingeni Egyetem Szemészeti Kutatóintézetével együttműködésben kifejlesztett bionikus implantátumot közvetlenül a retina alá ültetik be, és a szem optikai berendezését használja. Így közvetlenül helyettesíti az elveszett fényreceptorokat.

A bionikus retina segítségével kapott fekete-fehér kép stabil és megfelel a szemgolyó mozgásának.

Három beteg, aki részt vett a készülék tesztelésében, néhány nappal a műtét után meg tudta különböztetni a tárgyak alakját. Egyikük annyira javította a látását, hogy szabadon járkált a szobában, közeledett az emberekhez, látta az óra mutatóit, és megkülönböztette a szürke hét árnyalatát.

Eberhart Zrenner professzor, vezetője szerint szemkórház A Tübingeni Egyetemen végzett kísérleti tesztek meggyőzően bizonyították, hogy az implantátum elegendő mértékben képes helyreállítani a retina dystrophiában szenvedők látását. Mindennapi élet hangerő. Igaz – jegyezte meg – a készülék bevezetése ben klinikai gyakorlat sok időt vesz igénybe.

A tudósok szerint a bionikus retina felhasználható a retinitis pigmentosa és a retina egyéb degeneratív betegségei által okozott vakság kezelésére.

A biológiai szenzorrendszerek kompaktak és energiahatékonyak. Amikor megpróbálják létrehozni a retina félvezető analógját, nagy nehézségekkel szembesülnek: 0,5 mm vastagságú, 0,5 g súlyú és 0,1 W-ot fogyaszt.

Rizs. nyolc.

biológiai retina.

A retinasejteket serkentő (egyoldali nyilak), gátló (a végén körökkel ellátott vonalak) és kétirányú (kétoldalas nyilak) jelátviteli kapcsolatok összetett hálózata köti össze. Ez az áramkör szelektív válaszokat generál a rostok 90%-át alkotó ganglionsejtek négy típusából (lent). látóideg vizuális információ továbbítása az agyba. A zárvány ganglionsejtek „Be”. (zöld), és kapcsolja ki a „Ki” lehetőséget. (piros) akkor gerjesztenek, ha a helyi fényintenzitás magasabb vagy alacsonyabb, mint a környező területen. Növekvő ganglionsejtek "Inc." (kék) és csökkenő "Dec." (sárga) impulzusokat generál, amikor a fény intenzitása nő vagy csökken.

Rizs. nyolc.

szilícium retina

A retina elektronikus modelljeiben az egyes sejtek axonjait és dendritjeit (jelkapcsolatait) fémvezetők, a szinapszisokat pedig tranzisztorok helyettesítik. Ennek a konfigurációnak a permutációi serkentő és gátló kölcsönhatásokat hoznak létre, amelyek utánozzák a neuronok közötti kapcsolatokat. A tranzisztorok és az őket összekötő vezetők szilícium chipeken helyezkednek el, különböző szakaszok amelyek a sejt különböző rétegeinek szerepét töltik be. A nagy zöld területek fototranzisztorok, amelyek a fényt elektromos jelekké alakítják.

A korai fázis A szem fejlődése során a retina ganglionsejtek axonjaikat a tectumba, a középagy szenzoros központjába küldik. A retina axonjait a szomszédos tektális sejtek által kibocsátott kémiai nyomok irányítják, amelyek egyidejűleg aktiválódnak; ennek eredményeként az egyidejűleg tüzelõ neuronok összekapcsolódnak. Ennek eredményeként a középagyban kialakul a retina szenzorok térbeli elhelyezkedésének térképe.

Ennek a folyamatnak a modellezéséhez programozható vezetékeket használnak, amelyek önszerveződő kapcsolatokat hoznak létre a Visio1 retina chipben (fent) és a Neurotrope1 mesterséges tectum chipben (alul). Az elektromos kimeneti impulzusok a mesterséges ganglionsejtekből a tectumsejtekbe kerülnek egy memóriachipen (RAM) keresztül (középen). A retina chip a gerjesztett neuron címét adja ki, a tectum chip pedig a megfelelő helyen reprodukálja a gerjesztési impulzust. Példánkban a mesterséges tectum arra utasítja a RAM-ot, hogy cserélje fel az 1-es és a 2-es címet. Ennek eredményeként a 2. ganglionsejt axonvégződése az 1. ganglionsejtre költözik, kiszorítva a 3. ganglionsejt axonját. Az axonok elektromos gradiensre reagálnak. a gerjesztett cella által felszabaduló töltés, segítve a kapcsolatok átirányítását.

A szomszédos mesterséges retina neuronok blokkjainak többszöri kilövése után (kiemelt háromszögek, bal felső sarokban) végpontok a tectumsejtek kezdetben szétszórt axonjai (a bal alsó sarokban kiemelt háromszögek) összefolynak és egységesebb sávokat alkotnak (jobbra lent).

Rizs. 9.

Az "Argus" (Argus) mesterséges retinát sikeresen beültették hat vak betegbe, lehetővé téve számukra, hogy újra láthassák a fényt és érzékeljék a nagy fényes tárgyak mozgását.

Rizs. tíz.

Ez a rendszer egy apró elektronikus szemimplantátumot kombinál egy sötét szemüvegre szerelt videokamerával. Az implantátumban 16 elektródából álló rács kapcsolódik a retinához, és a fotoreceptorokra hat. A hozzájuk táplált jel a kamerától hosszú utat tesz meg: a feldolgozó processzoron, majd a rádiócsatornán keresztül a fül mögött elhelyezkedő vevőegységig, majd a bőr alatt kifeszített vezetékeken keresztül a szemimplantátumig. A rendszer csak olyan betegeknél tud működni, akiknek a retina fotoreceptorai legyengültek és sérültek, de a látóideg egészséges.

Kísérletek folynak az idegi struktúrák és funkcióik reprodukálására. Ezt nevezik a neurális kapcsolatok szilícium elektronikus áramkörökre való morfizálásának (leképezésének). Így neuromorf mikrochipek jönnek létre a retina - az idegszövet 0,5 mm vastag fedőrétegének - átalakításával. hátsó fal szemek. A retina öt speciális rétegből áll idegsejtekés elvégzi a vizuális képek (képek) előfeldolgozását, kinyerését hasznos információ az agy megszólítása és erőforrásainak pazarlása nélkül.

A szilícium retina érzékeli az emberi fej mozgását. A Visio1 chip négyféle szilícium ganglionsejtje valódi retinasejteket utánoz, és vizuális előfeldolgozást végez. Egyes sejtek a sötét területekre (piros), mások a világos területekre (zöld) reagálnak. A harmadik és negyedik cellakészlet az objektumok elülső (sárga) és hátsó (kék) határait követi. A dekódolás során előállított fekete-fehér képek azt mutatják, hogy mit látna egy vak egy neuromorf retinaimplantátummal.