Ретины-имплантаты подарили ослепшим второе зрение
Электронные сетчатки перестают быть реквизитом из фантастических фильмов. Над подобными протезами трудятся сходу в нескольких компаниях и научных группах. По мере проведения опытов в пробирках, на животных а также на людях разработчики таких устройств, возможно сообщить, также обретают зрение. Конструкции всегда шлифуются.
И это даёт надежду незрячим.
Одним из наибольших начинаний в данной области и, пожалуй, ветшайшим есть проект «Бостонский имплантат сетчатки» (Boston Retinal Implant Project — BRIP). Старт ему был дан ещё в 1980-х, в то время, когда особенности и конструкция работы совокупности неестественного зрения виделись учёным только в самых неспециализированных чертах. Сейчас BRIP опубликовал собственный самый свежий вариант протеза.
В течение трёх лет создатели собираются испытать его на людях.
Врач Джозеф Риццо (Joseph Rizzo) и доктор наук Джон Уайетт (John Wyatt) – основатели BRIP. По большому счету же в проекте заняты учёные из Массачусетского глазного военного госпиталя (Massachusetts Eye and Ear Infirmary), медицинской школы Гарварда (Harvard Medical School), лаборатории электроники Массачусетского технологического университета (Research Laboratory of Electronics) и лаборатории нанотехнологий Корнелла (Cornell Nanofabrication Laboratory) (фото Boston Retinal Implant Project).
Кратко всё выглядит легко: миниатюрная камера на очках по беспроводному каналу показывает сигнал на маленький чип, установленный на глазном яблоке. Чип переводит эти сведенья в комплект слабеньких электрических сигналов, отправляемых на решётку из электродов, каковые внедрены в толщу сетчатки. Они стимулируют нервные клетки, и человек обретает зрение.
Поиски наилучшего варианта таковой схемы ведутся несколько год, и не только в BRIP. Выбрали её среди других схем, посчитав оптимальным техническим методом восстановления зрения, самые пригодным к скорому внедрению.
В раннем проекте BRIP приёмная катушка размешалась сбоку глазного яблока, чип, обрабатывающий сигнал, – сверху, а решётка из электродов – в задней части сетчатки (на верхнем рисунке она не видна, но продемонстрирована на схеме ниже). На верхней врезке – снимок для того чтобы чипа. На нижней – макет совокупности с камерой на очках. Позднее устройство для приёма сигналов от камеры поменяло дислокацию.
Об этом мы ещё скажем раздельно (иллюстрации Boston Retinal Implant Project).
Имеется пара вариантов доставки изображения с камеры к месту назначения. Самый соблазнительный в плане результата – подключение электрических контактов напрямую к коре головного мозга. Но он же и самый рискованный для здоровья. Второй движение — подсоединение комплекта электродов к зрительному нерву, на его пути от глаза мозгу.
Но он требует виртуозной операции .
Одновременно с этим, по словам учёных из проекта BRIP, самый распространённые болезни, приводящие к утрата зрения, — это возрастная макулярная дегенерация и пигментоз. При них отказывают светочувствительные клетки в сетчатке. Но её биполярные и ганглионарные «ячейки», передающие сигнал от фоторецепторов в сеть нервных волокон в самого глаза, а уже через них — в глазной нерв, остаются функциональными.
Из-за чего бы не попытаться подавать сигналы на эти промежуточные клетки?
Одним из серьёзных вопросов есть место имплантации электродов. В глазном яблоке колбочки и палочки расположены дальше от стекловидного тела и от хрусталика, нежели нервные клетки. Соответственно, в случае если мы желаем добраться до них с внешней стороны глаза, причём со стороны его задней стены, нам необходимо преодолеть больше слоёв, а это может привести к сильному повреждению ретины.
Так пробовали функционировать в прошлых проектах. Авторы же нового имплантата говорят: для обычной его работы достаточно расположить электроды (из оксида иридия, к слову) с внешней стороны глаза. Правильнее — в слое, лежащем под сетчаткой.
Так понижается риск повреждения и значительно уменьшается хирургическое вмешательство при установке прибора.
Последовательность главных оболочек глаза и два метода размещения стимулирующего чипа с электродами – в глубине глазного яблока, над сетчаткой (1) либо ближе к его внешней поверхности, практически под сетчаткой (2). Обратите внимание на то, что свет идёт сверху (иллюстрация Boston Retinal Implant Project).
Второе усовершенствование команды из Бостона – это чип, обрабатывающий сигнал. Он обязан крепиться на поверхности глазного яблока, но наряду с этим в орбиты глаза, так что снаружи виден не будет. В новом проекте BRIP чип данный укрыт в герметичном титановом корпусе.
Это должно снизить негативное действие имплантата на организм. Не менее важно, что сократится и разрушительное действие среды тела на сам имплантат. Учёные рассчитывают, что прибор «в новом дизайне» сможет трудиться в человека безотказно как минимум дюжина лет.
Метод передачи на протез электропитания и полезного сигнала также был скорректирован. В новом приборе за это отвечает железное кольцо, внедрённое в склеру около радужки (смотрите снимок под заголовком).
Практически же оно складывается из двух концентрических колец-антенн. Одно из них несёт ответственность за беспроводный приём импульсов питания схемы, а второе — за приём картины. Соответственно, особые очки с передающими антеннами в оправе должны поставлять имплантату и силовой, и информационный потоки.
Экспериментальный прибор BRIP владеет всего 15 каналами — он может показывать на сетчатку 15 пикселей. Это в далеком прошлом уже не рекорд. Но пока для участников проекта принципиально важно проверить работоспособность схемы.
К тому же, они утвержают, что по окончании тестов на добровольцах возможно будет улучшить метод переработки сигнала.
В то время, когда станет ясно, что именно и в каком виде принимают слепые при подаче импульсов тока на решётку, оптимизация картины окажет помощь передать «больше смысла» в тех же самых точках. Потом и число контактов возможно будет нарастить на порядок, в противном случае и на два.
О собственном проекте BRIP подробно отчитался в статье в IEEE Transactions on Biomedical Engineering. На снимке – модель нового имплантата. Прекрасно виден микрочип в изолирующем корпусе (фото Shawn Kelly).
До тех пор пока новый имплантат протестировали в течение 10 месяцев на свиньях. Цель опробования заключалась не в проверке возможности восстановления зрения, а в опробовании схемы на биологическую совместимость: не вызывает ли она воспаления и без того потом. Проверка новинки на людях — следующая в плане.
А в том, что в какой-то форме зрение возможно вернуть при помощи аналогичных электродов, американцы уверены. Около десятилетия назад та же команда BRIP проводила опыты на слепых добровольцах без всяких чипов.
К светочувствительной оболочке глаза временно подсоединяли комплект электродов и подавали на них не сильный напряжение. Испытуемые рапортовали о появлении цепочки визуальных пятен, число которых совпадало с числом активированных сейчас времени контактов.
Решётка электродов от BRIP (продемонстрирована при сильном повышении), внедрённая в глаз свиньи. Обратите внимание, что чип помещён под сосудистую оболочку глазного яблока – видно, как капилляры проходят поверх чипа (фото Boston Retinal Implant Project).
Другие учёные успели продвинуться по этому пути ещё дальше BRIP. Американская компания Second Sight, тесно сотрудничающая с рядом научных учреждений Калифорнии, использует в собственных разработках похожий подход. Они строят такую цепочку: камера на очках — видеопроцессор, носимый на поясе, — трансмиттер в очках — беспроводная передача сигнала в чип-приёмник в человека, а потом — по узким проводкам в решётку электродов, установленных на сетчатке.
О первых удачах Second Sight мы информировали ещё в 2002-м, равно как говорили о вторых и третьих.
Сейчас же в самом разгаре испытания устройства Argus II, в состав которого входит имплантат с 60 стимулирующими электродами. Это также на большом растоянии от желаемых нескольких тысяч пикселей, при которых больные имели возможность бы уже различать вблизи лица людей и просматривать. Но лучше, чем ничего: кроме того возможность выявлять границы света и тени (дверные проёмы, лестницы) либо броские предметы — дорогого стоит.
Неестественную сетчатку от Second Sight уже внедрили 18 добровольцам, один из которых — 68-летний Дин Ллойд (Dean Lloyd) — живёт с ней уже приблизительно два года. Испытания говорят о том, что он может совершенно верно указать пальцем на броскую точку, появляющуюся в произвольном месте чёрного экрана, ходить по белой линии, нарисованной на чёрном полу, и различать неспециализированные контуры предметов.
Наряду с этим у него кроме того появляется разное цветоощущение (всплывают базисные цвета). Не в полной мере светло, как они согласуются с окраской предъявляемых предметов, но для человека, что 20 лет жил в безотносительной темноте, эти красные, светло синий и зелёные всполохи — чудо.
Слепой больной Ллойд тестирует работу второго «Аргуса». На заднем замысле – один из исследователей, нейробиолог Мэттью Макмахон (Matthew McMahon).
Маленькая камера, передающая картину для Ллойда, практически незаметно вмонтирована в оправу очков (на переносице). В руках подопытного виден блок видеопроцессора, в котором он сам может настраивать параметры показываемого сигнала (фото Paul Chinn/The Chronicle).
Тесты «Аргуса», так же как и будущее опробование на добровольцах малоинвазивного имплантата от BRIP, должны продемонстрировать, что связка «внешняя камера — неестественная сетчатка» может претендовать на массовый способ спасения людей от ужасного недуга. Но в совершенстве медики и учёные желают по большому счету избавиться от внешних составляющих совокупности. И проекты для того чтобы рода также существуют.
К примеру, мы говорили о тестах имплантата от американской компании Optobionics на кошках. Он же проверялся и на людях. С ним во многом схож прототип электронной сетчатки из университета Пенсильвании (University of Pennsylvania).
Оба имплантата объединяет один принцип: неестественные фоторецепторы находятся в самом имплантате и принимают свет, прошедший естественным путём, — через стекловидное тело и хрусталик. Сзади же фотодетекторов расположены стимулирующие электроды.
Optobionics ещё в 2004-м информировала в статье в Archives of Ophthalmology о первых удачах собственного микрочипа. Компания ухитрилась разместить на двухмиллиметровой пластинке из электродов 5 тысяч и кремния фотодетекторов и имплантировала данный прибор шести больным с пигментозом сетчатки. Добровольцы носили чип 18 месяцев.
Основатели Optobionics Алан и Винсент Чоу (Vincent, Alan Chow). Микрочип (тёмный кружок) на поверхности монетки и он же – внедрённый в сетчатку человека. Из-за главного материала, кремния, это умелое устройство носит название Artificial Silicon Retina либо ASR. Внизу продемонстрировано место, куда внедряется ASR.
Толщина чипа, кстати, образовывает 25 микрометров (фотографии Optobionics, иллюстрация Mike Zang).
Подопытные показали некое улучшение зрения. А ещё давешние тесты доказали, что микрочип не приводит к и воспаления. Но все подробности сотрудничества столь широкого комплекта контактов и случайно попавших под них нервных клеток ещё лишь предстояло разобрать.
Увы, позднее компания на долгое время остановила собственную работу по обстоятельствам, с наукой никак не связанным. И только недавно Optobionics возобновила деятельность, давая слово продолжить опыты со своим микроскопическим имплантатом.
Как видим, вся эта «гонка биоинженерных оружий» проходит достаточно неспешно. На улучшение отысканных ответов уходят годы, на диагностику их эффективности «в настоящем бою» – не меньше. Но миллионам незрячих всё равняется, кто как раз придёт к финишу первым и возьмёт «призовые» в виде массовых продаж данной техники. Для калек самый ценный приз – возвращённое зрение.
Пускай кроме того с разрешением в пара десятков пикселей.
Вы способны восхищаться полной Луной на ночном небе, если она вам представится как комплект всего из нескольких световых точек, без мельчайших намёков на подробности? Одна из пациенток, контролирующих на данный момент сетчатку Argus II, знает подлинную цену таковой красоты. Луну она не видела 15 лет.
