можно ли видеть искусственным глазом
Бионический глаз представляет собой особое устройство, которое помогает слепым пациентам в некоторой степени компенсировать их инвалидность. Принцип работы этого аппарата основан на имплантации искусственной сетчатки в поврежденное глазное яблоко, что позволяет активизировать работу сохранившихся нейрорецепторов.
Причинами слепоты могут стать различные заболевания и травмы. У пожилых людей нередко имеются дегенеративные изменения сетчатки, что сопровождается атрофией рецепторного аппарата. После того, как фоторецепторы (палочки и колбочки) полностью перестают реагировать на световое излучение, человек становится слепым. При этом нейроны сетчатки и оптического нерва сохраняют работоспособность. За счет этого врачи пытаются восстановить хотя бы некоторые элементы зрения.
Скотома также нередко является причиной отсутствия зрения. Это пятно возникает в результате поражения волокон зрительного нерва или повышенного внутриглазного давления. Скотомы располагаются в пределах поля зрения и значительно ослабляют его.
Как работает бионический глаз
Бионический глаз представлен полимерной матрицей, в которой имеются светодиоды. Она может фиксировать даже слабые электрические импульсы, а затем передавать их на нервные окончания. Сигналы, которые преобразуются в электрическую форму, активизируют сохранившиеся нейроны сетчатки и оптического нерва. Помимо полимерной матрицы, можно использовать альтернативные устройства (инфракрасный датчик, специальные очки или видеокамеру). Все эти аппараты могут активизировать работу центрального и периферического зрения.
Видеокамера, которая встраивается в очки, записывает картинку, а полученные данные отправляет в конвертор. Здесь сигнал преобразуется и попадает на фотосенсор, который вживлен в сетчатку глазного яблока. Отсюда электрические импульсы уже проникают в зрительные центры мозга человека через волокна оптического нерва.
Параметры восприятия изображения
Устройство бионического глаза за это время претерпело значительные изменения. Ранние модели аппарата транслировали картинку с видеокамеры сразу в глаз пациента. Для фиксации изображения применялся фотодатчик и матрица (100 пикселов). Далее информация по оптическому нерву поступала в мозг. Иногда ха счет несинхронной работы возникала несовместимость восприятия глаза и камеры.
В более современных моделях бионического глаза видеоинформация сначала поступала в портативный компьютер. Здесь оно преобразовывалось в инфракрасные импульсы (не менее нескольких тысяч). Отраженные от стекла очков, эти импульсы попадали через хрусталик глаза на фотосенсоры, расположенные в сетчатке. Воздействие инфракрасных лучей сходно с обычными лучами, что позволяет сформировать у пациента восприятие пространства.
Комменатрий нашего специалиста
История применения бионического глаза
У пациенты из Калифорнии был диагностирован пигментный ретинит в молодом возрасте. Через 30 лет после этого она ослепла на один глаз. второй глаз был способен в небольшой степени реагировать на свет. В 2004 году ей был установлен бионический глаз, состоящий из матрицы с 16 электродами. После этого пациентка получила возможность видеть крупные объекты, очертания людей, освещение. После этого бионический глаз стали имплантировать и другим людям старше 50 лет.
В одном исследовании бионический глаз был вживлен 33 пациентам с дистрофией сетчатки. В результате они смогли различать контуры предметов в комнате, а некоторые стали определять графические символы. Однако радужным прогнозам десятилетней давности относительно перспектив бионического глаза не суждено было сбыться.
Современный этап развития бионического глаза
Биомедицинские технологии совершенствуются каждый год. В настоящее время стандартная матрица для бионического зрения содержит 500 фотоэлементов (в сравнении с 16 фотоэлементами в первых моделях). При этом информация передается в головной мозг через миллион нервных окончаний.
Известная системы бионического глаза Argus II (американского производителя Second Sight) состоит из импланта сетчатки и маленькой видеокамеры, которая встроена в очки. В камере есть фиксирующий элемент, передающий информацию на процессор. Далее по беспроводной сети информация поступает к импланту. Последний посредством электродов стимулирует активные клетки сетчатки и передает информацию на волокна оптического нерва.
Пациенты, которым был имплантирован Argus II, могут уверенно различать линии. Со временем качество зрения возрастало. Стоимость устройства составляет 150 тысяч фунтов стерлингов, но инженеры продолжают работу, направленную на усовершенствование бионического глаза.
Цена операции
Стоимость устройства Аргус 2 соствляет порядка 150 000 долларов. Дополнительно оплачивается операция по имплантации и обучение использованию устройства.
Бионические глаза и нейропротезы: как технологии возвращают зрение слепым
Мы привыкли ассоциировать зрение лишь с глазами. Однако помимо самих глазных яблок в процессе участвует зрительная кора головного мозга, которой мы фактически «видим», и нервные пути, которые соединяют глаза с мозгом. Практически на каждом этапе можно попытаться реализовать протезирование.
История создания зрительного протеза
Немецкий психолог Иоганн Пуркинье в 1823 году заинтересовался вопросами зрения и галлюцинаций, а также возможностью искусственной стимуляции зрительных образов. Принято считать, что именно он впервые описал зрительные вспышки — фосфены, которые он получил при проведении простого опыта c аккумулятором, пропуская через голову электрический ток и описывая свой визуальный опыт.
Спустя 130 лет, в 1956 году, австралийский ученый Дж. И. Тассикер запатентовал первый ретинальный имплант, который не давал какого-то полезного зрения, но показал, что можно искусственно вызывать зрительные сигналы.
Ретинальный имплант (имплант сетчатки) «вводит» визуальную информацию в сетчатку, электрически стимулируя выжившие нейроны сетчатки. Пока вызванные зрительные восприятия имели довольно низкое разрешение, но достаточное для распознавания простых объектов.
Но глазное протезирование долго тормозилось из-за технологических ограничений. Прошло очень много времени, прежде чем появились какие-то реальные разработки, которые смогли дать «полезное зрение», то есть зрение, которым человек мог бы воспользоваться. В 2019 году в мире насчитывалось около 50 активных проектов, фокусирующихся на протезировании зрения.
Первые ретинальные импланты
Пару лет назад на рынке было доступно три ретинальных импланта, которые прошли клинические испытания и были сертифицированы государственными регулирующими органами: европейским CE Mark и американским FDA.
Бионические импланты — это целая система внешних и внутренних устройств.
IRIS II (Pixium Vision) и Argus II (Second Sight) имели внешние устройства (очки с видеокамерой и блок обработки видеосигнала). Слепой человек смотрит при помощи камеры, с нее картинка направляется в процессор, где изображение обрабатывается и распадается на 60 пикселей (для системы Argus II). Затем сигнал направляется через трансмиттер на электродную решетку, вживленную на сетчатке, и электрическим током стимулируются оставшиеся живые клетки.
В немецком импланте Alfa АMS (Retina Implant) нет внешних устройств, и человек видит своим собственным глазом. Имплант на 1600 электродов вживляется под сетчатку. Свет через глаз попадает на светочувствительные элементы и происходит стимуляция током. Питается имплант от подкожного магнитного коннектора.
Все три ретинальных импланта больше не производятся, так как появилось новое поколение кортикальных протезов (для стимуляции коры головного мозга, а не сетчатки глаза). Однако хотя проектов по фундаментальным разработкам по улучшению ретинальных имплантов еще много, ни один из них не прошел клинические испытания:
Тренды ретинальных имплантов: основные фундаментальные технологии
Ретинальные нанотрубки
Группа ученых из Китая (Shanghai Public Health Clinical Center) в 2018 году провела эксперимент на мышах, в ходе которого вместо не функционирующих фоторецепторов сетчатки предложила использовать нанотрубки. Преимущество этого проекта — маленький размер нанотрубок. Каждая из них может стимулировать только несколько клеток сетчатки.
Биопиксели
Группа ученых из Оксфорда стремится сделать протез максимально приближенным к естественной сетчатке. Биопиксели в проекте выполняют функцию, схожую с настоящими клетками. Они имеют оболочку из липидного слоя, в который встроены фоточувствительные белки. На них воздействуют кванты света и как в настоящих клетках изменяется электрический потенциал, возникает электрический сигнал.
Перовскитная искусственная сетчатка
Все предыдущие фундаментальные разработки направлены на стимулирование всех слоев живых клеток. При помощи технологии перовскитной искусственной сетчатки китайские ученые пытаются предоставить возможность не только получать световые ощущения, но и различать цвет за счет моделирования сигнала таким образом, чтобы он воспринимался мозгом как имеющий определенную цветность.
Фотогальваническая пленка Polyretina
В Polyretina используется маленькая пленка, покрытая слоем химического вещества, которое имеет свойство поглощать свет и конвертировать его в электрический сигнал. Пленка размещена на сферическом основании, чтобы можно было удобно разместить ее на глазном дне.
Субретинальное введение полупроводникового полимера
Итальянские ученые предлагают технологию введения полупроводникового полимерного раствора под сетчатку, при помощи которого свет фиксируется и трансформируется в электрические сигналы.
Российский опыт ретинального протезирования
На момент 2019 года в мире установлено около 350 имплантов, произведенных компанией Second Sight. Около 50 тысяч россиян нуждаются в подобном протезе сетчатки.
В России опытом в протезировании зрения может похвастаться лишь один проект — АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».
«Трендом в фундаментальных разработках бионических протезов является стремление сделать их максимально безопасными, приближенными к биологическим тканям людей и с максимально возможным разрешением. Но настоящую революцию вызвали кортикальные импланты, и смысл в ретинальных имплантах пропал, так как они ставятся только при пигментном ретините и возрастной макулярной дегенерации при отсутствии ряда противопоказаний. Кортикальные же импланты значительно расширяют горизонт показаний и позволяют восстанавливать полезное зрение даже людям, вовсе лишенным глаз», — рассказал Андрей Демчинский, к.м.н., руководитель медицинских проектов АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».
Кортикальные системы имплантации
Кортикальные протезы — это подгруппа визуальных нейропротезов, способных вызывать зрительные восприятия у слепых людей посредством прямой электрической стимуляции затылочной коры мозга, которая отвечает за распознавание изображений. Этот подход может быть единственным доступным лечением слепоты, вызванной глаукомой, терминальной стадией пигментного ретинита, атрофией зрительного нерва, травмой сетчатки, зрительных нервов и т.п. За последние пять лет ученые решили задачу создания такого внутрикортикального визуального нейропротеза, с помощью которого можно было бы восстановить ограниченное, но полезное зрение.
В 1968 году Г.С. Бридли и В.С. Левин провели первую операцию по установке кортикальных имплантов. Первый имплант состоял из шапочки с коннекторами (устанавливали на череп под кожу) и отдельной дуги с электродами (устанавливали под череп), которые стимулировали кору головного мозга. Эксперимент был проведен на двух добровольцах для оценки возможности получения полезного зрения. Позднее импланты были извлечены. Технология кортикальных имплантов была заморожена по причине провоцирования приступов эпилепсии при стимуляции большего количества клеток мозга.
Кортикальный имплант Orion
Спустя 45 лет американский лидер разработки ретинальных имплантов Second Sight создал кортикальную протезную систему ORION. В конце 2017 года Second Sight получили разрешение от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) на проведение клинических испытаний. До апреля 2018 года было установлено шесть устройств. По результатам испытаний оказалось, что все пациенты ощущали зрительные стимулы, a у трех пациентов результаты были схожи с ретинальным имплантом Argus II и дали полезное предметное зрение. Клинические испытания будут проходить до июня 2023 года. Обязательным условием установки импланта является наличие у пациента зрительного опыта, то есть он может использоваться только для людей со сформированной зрительной корой, которые родились зрячими и потеряли зрение.
Кортикальный нейропротез CORTIVIS
Испанские ученые разработали кортикальный имплант под названием CORVITIS. Протез состоит из нескольких компонентов. Одна или две камеры обеспечивают получение изображения, которое затем обрабатывается биопроцессором, чтобы преобразовать визуальный образ в электрические сигналы. На втором этапе информация сводится в серию изображений и передается по радиочастотной связи на имплантированное устройство. Этот радиочастотный блок обеспечивает беспроводную передачу питания и данных во внутреннюю систему. Имплантированный электронный блок декодирует сигналы, определяет и контролирует форму напряжения и амплитуду формы волны, которая будет подаваться на соответствующие электроды. Клинические испытания на пяти пациентах завершатся в мае 2023 года.
Интракортикальный зрительный протез (WFMA)
Американские ученые разработали технологию многоканальной внутрикортикальной стимуляции с помощью беспроводных массивов металлических микроэлектродов и создали беспроводную плавающую микроэлектродную решетку (WFMA).
Система протеза состоит из группы миниатюрных беспроводных имплантируемых решеток-стимуляторов, которые могут передавать информацию об изображении, снятом на встроенную в очки видеокамеру, непосредственно в мозг человека. Каждая решетка получает питание и цифровые команды по беспроводной связи, так что никакие провода или разъемы не пересекают кожу головы. Посылая команды в WFMA, изображения с камеры передаются непосредственно в мозг, создавая грубое предметное визуальное восприятие изображения. Хотя восприятие не будет похоже на нормальное зрение, с его помощью человек может вести самостоятельную деятельность. Система ICVP получила одобрение FDA для проведения клинических испытаний.
Кортикальный протез NESTOR
Голландские ученые также разработали схожую технологию системы протезирования. Принцип функционирования протеза такой же, как в проектах выше. Камера отправляет сигнал на имплант, который состоит из тысяч электродов и смарт-чипа. С помощью процессора зрительное восприятие можно контролировать и регулировать.
«Хотя полное восстановление зрения пока кажется невозможным, кортикальные системы создают по-настоящему значимые визуальные восприятия, при помощи которых слепые люди могут распознавать, локализировать и брать предметы, а также ориентироваться в незнакомой среде. Результат — в существенном повышении уровня жизни слепых и слабовидящих. Такие вспомогательные устройства уже позволили тысячам глухих пациентов слышать звуки и приобретать языковые способности, и такая же надежда существует в области визуальной реабилитации», — обнадежил Андрей Демчинский.
7 вопросов о жизни после протезирования
Вопрос 1. Смогу ли я продолжить активную жизнь?
Первое время после операции пациенту бывает нужна посторонняя помощь, особенно за пределами дома. В течение 9-12 месяцев проходит период адаптации: человек заново осваивает самостоятельность в быту, возвращается к работе и увлечениям, продолжает общение с семьей и друзьями, формируются новые привычки, которые позволяют ему чувствовать себя уверенным даже в незнакомой обстановке. За эти месяцы перестраивается кровоснабжение глаз и активность мозга в зрительной зоне, чтобы человек по-прежнему получал качественную информацию об окружающем мире.
Исследователи выделили ряд факторов, которые сказываются на сроке адаптации к жизни с одним глазом.
Большинство людей по истечении года после утраты глаза возвращаются к привычной жизни и прежнему уровню психологического самочувствия.
Вопрос 2. Смогу ли я выходить на улицу без посторонней помощи?
Часто городских жителей пугает необходимость перемещаться в напряженном потоке пешеходов и ориентироваться в местах оживленного движения. Воспользуйтесь некоторыми советами, чтобы научиться быстро ориентироваться в незнакомой обстановке и чувствовать себя в безопасности.
Вопрос 3. Смогу ли я заниматься спортом?
Постарайтесь также поначалу исключить бытовые ситуации, где вам бросают в руки ключи и другие мелкие предметы.
Вопрос 4. Смогу ли я водить автомобиль?
Людям с одним глазом законодательно разрешено водить автомобиль без права найма на работу. Некоторое усовершенствование автомобиля позволит чувствовать себя за рулем максимально комфортно:
Выбирая автомобиль на тест-драйве, опробуйте его в заднем ходу и парковке. Время, потраченное на выбор машины, полностью компенсируется ее комфортом и безопасностью вождения.
Вопрос 5. Могу ли я пользоваться косметикой?
Использование декоративной косметики не противопоказано при глазном протезировании. Напротив, есть мнение, что чем ярче макияж, тем менее заметна асимметрия глаз. Единственная предосторожность: косметика не должна попадать на слизистую оболочку, чтобы не вызвать аллергическую реакцию.
Вопрос 6. Где ждать подвоха?
Есть некоторые бытовые ситуации, в которых люди с монокулярным зрением часто делают “ошибки”.
Вопрос 7. Заметят ли разницу другие люди?
Косметический эффект протезирования во многом зависит от изначального состояния глаза при травме. Как правило, при общении с собеседником на расстоянии более полуметра асимметрия подвижности глаз незаметна. Декоративная косметика, особенности прически, линзы очков сделают глазной протез секретом от окружающих.
03.10.2018, 1141 просмотр.
И кошки уже не серы
И вот, как сообщает авторитетный журнал Nature, исследователям из Гонконгского научно-технологического университета это удалось. Они сумели рассадить на куполе фоточувствительные элементы намного гуще, чем во всех предыдущих искусственных глазах. Более того, плотность фотоэлементов оказалось гораздо даже выше, чем в нашей сетчатке. Искусственный глаз оказался настоящим инженерным шедевром.
Фотоэлементами стали нанопровода из перовскита, роговицу и радужную оболочку сделали из алюминия, покрытого вольфрамовой пленкой, камера между линзой и «сетчаткой», которая в обычном глазу заполнена стекловидным телом, в искусственном заполнена специальным раствором. А роль зрительного нерва играли провода из жидкой смеси нескольких металлов. Казалось бы, раз у него фоторецепторов больше, чем в нашем глазе, то и видеть он должен лучше. Но это в теории, а реалия оказалась иной. Дело в том, проводов-нервов к сетчатке удалось подсоединить всего 100, так что и картинка состояла всего из ста пикселей.
Но по другим параметрам искусственный глаз был вполне сопоставим с настоящим, а в чем-то его и превосходил. Скажем, поле зрения и нижний предел чувствительности у него такой же, как у естественного, то есть искусственный глаз может видеть в очень тусклом свете. А его реакция на свет была даже быстрее. Авторы работы говорят, что если к нему удастся подсоединить не сто проводов, а тысячу или, чего доброго, миллион, и если он будет не таким дорогим и сложным, то сможет посоревноваться с естественными глазами.
Личный опыт«Видеть двумя глазами — это как»: У меня
искусственный глаз
Модель София Макушенко о травле и работе
Люди с особенностями здоровья и внешности нередко остаются невидимы. Увы, в России говорить об инклюзивности в большинстве профессий пока рано, а очевидные отличия от непоколебимой «нормы» удивляют окружающих. Мы поговорили с Софией Макушенко, которая потеряла левый глаз ещё в детстве и исполнила мечту стать моделью.
Интервью: Ирина Кузьмичёва
Стеклянный глаз
Когда мне было пять лет, в детский сад пришли доктора с плановой проверкой здоровья. Благодаря ей выяснилось, что мой левый глаз стал хуже видеть. Мне выдали записку и сказали: «Беги к маме, обязательно идите по врачам, что-то не так». Выяснилось, что у меня глиома зрительного нерва. Я была маленькой и мало что поняла — только потом выяснила, что это была опухоль. После очередного обследования специалисты решили, что лучше удалить зрительный нерв, поскольку мне становилось только хуже. Так и поступили: сам глаз остался, но видеть им я больше не могла — не было того самого нерва, который передаёт картинку в мозг. Пока я восстанавливалась, начались осложнения, из-за которых потребовалось удалить и глазное яблоко. В семь лет мне сделали вторую операцию.
На месте глаза образовалось пустое место, так что мне дали направление к художнику-протезисту. Через два часа после приёма он показал первый вариант искусственного глаза — по размеру, форме и цвету он был аналогичен настоящему. Есть два вида протезов: пластиковые и стеклянные. Мой первый был пластиковым, а стеклянный сделали позже — его легко разбить, а ещё он может поцарапаться. Сейчас я меняю протезы раз в два года. Не привыкнуть к искусственному глазу не получится, поскольку другого выхода нет — это же на всю жизнь. А если носить протез неудобно или больно, его переделывают.
В детстве мне оформили инвалидность: пособие помогало оплачивать протезы и проходить обследования. К сожалению, всё это недёшево: стеклянный протез стоит восемь с половиной тысяч рублей, пластиковый — десять. Потом изменилось законодательство, и инвалидность сняли. Я не готова ходить и доказывать, что она у меня есть. Я не считаю, что у меня «ограниченные возможности»: меня ничто не ограничивает. Да, мне недоступны некоторые профессии, например те, для которых необходимо отменное здоровье, но я всё могу. Да у меня нет одного глаза, но в этом никто не виноват — это просто произошло.
Без ограничений
Протез периодически нужно снимать перед сном, не каждую ночь, а иногда — для профилактики. Я кладу его в обычный раствор для линз, чтобы продезинфицировать и увлажнить. Ещё ношу с собой увлажняющие капли, так как к вечеру глаза немного сохнут, что доставляет дискомфорт. Косметику можно использовать спокойно, я часто крашусь сама, плюс на съёмках делают макияж. Единственное неудобство: наши глаза постоянно увлажняются, и из-за протеза жидкости некуда выйти — так что иногда глаз нужно протирать.
Глаз может подвинуться, если, например, случайно задеть его рукой — он может перевернуться, как-то криво встать и выпасть. Как-то раз я неудачно нырнула в бассейн, и он просто вылетел — глаз я не нашла, он так и остался где-то в бассейне. Случай единичный, а плаванием я профессионально занималась пять лет. Вообще мне в детстве после операций были противопоказаны занятия спортом. Это очень сильно меня расстраивало, я всё время хотела бегать, прыгать, и когда мне разрешили заниматься, я была счастлива.
Из-за увеличившейся нагрузки на правый глаз зрение в нём ухудшилось — появился небольшой минус. В целом нарушения несущественные: как объяснил врач-нейроофтальмолог, у меня просто «ограничен горизонт». Например, у меня никогда не возникало проблем с оценкой расстояния. Недостатки в первую очередь касаются угла обзора: могу не заметить предмет слева. Иногда, когда человек подходит ко мне в слепую зону, я его не сразу замечаю — и очень удивляюсь, когда поворачиваюсь. Ещё я не могу смотреть фильмы в 3D-очках, так как они рассчитаны на оба глаза — по той же причине на мне не работают устройства виртуальной реальности.
Тем не менее недавно я проходила диагностику и оказалось, что отсутствие глаза не причиняет дискомфорт моему организму. Поскольку всё произошло в детстве, я просто так выросла и ко всему привыкла. Мне даже непонятно: видеть двумя глазами — это как? Если бы я потеряла глаз сейчас, было бы гораздо тяжелее адаптироваться — как физически, так и психологически.