Содержание
Впервые создан бионический глаз с искусственной сетчаткой
Команда исследователей из Гонконгского университета науки и техники, Калифорнийского университета и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли создала искусственный глаз, который по своим параметрам и функциям приближается к человеческому органу. Об открытии исследователи написали в статье, опубликованной в журнале Nature.
В научно-фантастических фильмах и книгах часто описываются роботы или киборги, зрение которых значительно превосходит человеческое благодаря специальным бионическим глазам. Однако в реальности реализовать такую технологию отнюдь не просто. На практике создание устройств искусственного зрения со сферической формой и полусферической сетчаткой оказалось довольно сложной задачей.
До сих пор ученым удавалось создавать бионические глаза, функциональность которых была очень ограниченной. В новой работе исследователей из США и Китая сообщается о создании искусственного глаза, который очень близок к человеческому по своим параметрам, включая размер и способность фокусировки.
Чтобы сделать это, ученые фактически построили устройство по образу и подобию естественного биологического глаза, сохранив форму его частей.
Новый искусственный глаз покрыт защитной оболочкой из вольфрама с нанесенным на нее алюминием. В его передней части, как и у обычного глаза, расположены хрусталик и радужка, а сзади — сетчатка. Корпус устройства заполнен ионной жидкостью. Но все это использовалось в искусственных зрительных системах и ранее. А вот что действительно отличает устройство от аналогов — это сетчатка. Она создана на основе оксида алюминия, который содержит множество пор с фотодетекторами внутри.
В задней части сетчатки находятся тонкие гибкие провода, изготовленные из эвтектического галлий–индиевого сплава и заключенные в мягкие резиновые оболочки. Сетчатка удерживается на месте специальной полимерной конструкцией, которая обеспечивает электрический контакт между перовскитными нанопроволоками и проводами с жидким сплавом сзади. Нанопроволоки соединяются вместе и подключаются к компьютеру, который обрабатывает информацию, поступающую от сетчатки глаза.
Искусственный глаз способен реагировать на тот же диапазон интенсивностей света, что и человеческий глаз. Кроме того, новое бионическое устройство не уступает «оригиналу» и в светочувствительности, его реакция на изменения интенсивности света даже быстрее, чем у естественного глаза. Устройство способно создавать изображения в очень высоком разрешении, по крайней мере в теории. В нынешней версии глаза нанопроволоки соединены вместе в группы из трех или четырех проводов, и это обеспечивает разрешение глазного яблока всего 10 x 10 пикселей, что довольно мало.
Это связано с размером проводов по сравнению с датчиками. Для создания практически применимого искусственного глаза, который обладал бы разрешением как у человеческого, необходимо будет соединить миллионы ультратонких проводов с сетчаткой. На данный момент исследователи как раз работают над этим и рассчитывают, что в течение десяти лет первый прототип устройства будет готов к использованию людьми.
Бионический глаз способен вернуть зрение слепым.
ВИДЕО
Embedded
|
Поделиться
Группа ученых и инженеров разработала бионический глаз, который может вернуть зрение ослепшим людям. The Argus II Retinal Prosthesis System имплантировали группе пациентов, многие из которых впервые за десятки лет увидели свет и очертания людей.
Бионический глазной протез The Argus II Retinal Prosthesis System был создан командой ученых и инженеров под руководством компании Second Sight Medical Products. Недавно устройство получило одобрение американского Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (Food and Drug Administration, FDA).
В последнем номере British Journal of Ophthalmology были опубликованы результаты исследований, согласно которым устройство показывает невиданную ранее эффективность. В ходе эксперимента Argus II установили 21 слепому пациенту, которые затем пытались увидеть буквы, предметы и людей. Порядка 75% слепых пациентов, получивших эти бионические глаза, смогли правильно идентифицировать отдельные буквы. Более половины пациентов верно прочитали слова из 4 букв.
The Argus II Retinal Prosthesis System использует встроенные камеру и компьютер, чтобы конвертировать изображения в электронные сигналы, распознаваемые человеческим мозгом. В основе устройства лежит крошечный, но мощный компьютерный чип, который, в случае его имплантации в сетчатку глаза, эффективно обходит поврежденные фоторецепторы, чтобы «обмануть» глаз в его возможности видеть.
Argus II оснащен миниатюрной видеокамерой, установленной в очки, изображение с которой отправляется на микропроцессор, встроенный в пояс пользователя.
Микропроцессор без каких-либо проводов передает уже электронные сигналы на компьютерный чип, состоящий из 60 элементов. Этот чип стимулирует нервные окончания сетчатки электронными импульсами, которые затем поступают в головной мозг с помощью зрительного нерва. В итоге, мозг преобразует эти сигналы в готовое изображение.
Бионический глазной протез The Argus II Retinal Prosthesis System
Пациенты, которым имплантировали бионический глазной протез, могут видеть увеличенные буквы алфавита, распознавать объекты и их движения, видеть контуры и некоторые детали человеческих лиц. Получаемая картинка далека от совершенства, однако для людей, которые уже длительное время вообще не могут видеть, это устройство стало спасением. Первым пациентом, получившим глазной имплантат во время исследований, был 70-летний мужчина, который ослеп в возрасте 20 лет от пигментного ретинита. В ходе испытаний он впервые за последние полвека увидел свет.
Дмитрий Курашев, UserGate: Экосистемный подход будет определять развитие рынка ИБ в России
Безопасность
Демонстрация работы бионического протеза
Сейчас один из создателей «искусственного глаза», профессор биоинженерии Вентай Лью (Wentai Liu), и группа недавно окончивших Калифорнийский университет инженеров тестируют 2 новых прототипа бионического глаза, в которых количество элементов в микросхеме достигает 256 и 1026 штук, вместо 60 в текущей версии. Это позволит значительно увеличить разрешение получаемого человеком изображения. В скором времени Вентай Лью также планирует добавить в искусственный глаз возможность распознавать цвета, а миниатюрную камеру встроить прямо в глазной имплантат, а не очки.
Смотреть вебинар »
- Лучший российский софт для видеосвязи: ищем замену Teams и Zoom
Мария Коломыченко
Бионические глаза: как технологии заменяют потерянное зрение
(Изображение предоставлено Future plc/Адриан Манн)
Создание бионических глаз в результате последних достижений науки и техники вернуло надежду многим, кто не может видеть или частично видит из-за травмы, болезни или генетики .
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) , около 40 миллионов человек во всем мире страдают слепотой и еще 135 миллионов страдают от слабовидения (открывается в новой вкладке), потребность в новых решениях актуальна. Может ли технология бионического глаза проложить путь?
Здоровый глаз воспринимает свет через зрачок, а хрусталик фокусирует этот свет на задней части глаза, где находится толстый слой светочувствительной ткани, называемой сетчаткой. Клетки, называемые фоторецепторами, превращают свет в электрические сигналы, которые проходят по зрительному нерву к мозгу , который затем интерпретирует изображения.
Но проблемы возникают, когда часть этой системы прерывается, часто из-за дегенеративных заболеваний, которые могут повредить части сетчатки. Именно здесь вступает в действие технология, чтобы восполнить пробел в той части процесса, которая отсутствует или повреждена.
Технология бионического глаза
В 2009 году хирурги больниц Манчестера и Мурфилдса в Великобритании провели первое в мире испытание бионического глаза Argus II у пациентов с пигментным ретинитом, согласно данным Университета Манчестер (откроется в новой вкладке).
Они имплантировали устройства десяти пациентам с потерей зрения. Argus II помогал пациентам распознавать формы и узоры, а в 2013 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США официально одобрило использование этого устройства.
Брайан Мех из Second Sight в Argus II. (Изображение предоставлено Getty Images)
Дальнейшее развитие
Технология бионического глаза продолжает развиваться, и в 2021 году исследователи из Медицинской школы им. ACM) (откроется в новой вкладке). Это повторяет форму и положение миллионов нервных клеток и может помочь привнести в технологию цветовое зрение и улучшенную четкость.
Ученые из Сиднейского университета и UNSW недавно провели успешные испытания бионического глаза Phoenix99 на овцах, чтобы определить, как тело заживает после имплантации устройства.
Статьи по теме
Исследователи заявили, что не было никаких неожиданных реакций и ожидается, что он может безопасно оставаться на месте в течение «многих лет».
Теперь работа проложит путь к испытаниям на людях. Одна из проблем с этой технологией заключается в том, что она может быть относительно громоздкой, поэтому гонка продолжается, чтобы найти новые способы питания бионических глаз.
Ученые из Харбинского технологического института в Китае и Университета Нортумбрии недавно разработали маломощную систему для управления синаптическими устройствами в бионических глазах, а ведущий профессор профессор Пин Ан Ху назвал ее «значительным прорывом», согласно Университета Нортумбрии. пресс-релиз (откроется в новой вкладке).
Как работает бионический глаз
Эта технология должна преобразовывать изображения в нечто понятное человеческому мозгу. Щелкните числа на интерактивном изображении ниже, чтобы прочитать о том, как это работает.
Болезни, разрушающие зрение
Существует целый ряд состояний, некоторые из которых возникают в результате процесса старения, а другие могут передаваться по наследству, что может привести к ухудшению зрения.
Бионические глаза работают, «заполняя пробелы» между тем, что воспринимает сетчатка, и тем, как это обрабатывается в зрительной коре головного мозга. Это нарушение происходит в условиях, воздействующих на сетчатку. В значительной степени именно эти условия могут помочь в лечении бионических глаз.
По Медицинский центр Тафтс , одним из таких заболеваний является пигментный ретинит, группа редких генетических заболеваний, которые связаны с разрушением и потерей клеток в этой части глаза.
Другим заболеванием является возрастная дегенерация желтого пятна (ВМД), заболевание глаз, которое может затуманить центральное зрение. Это состояние возникает, когда старение вызывает повреждение макулы, части глаза, которая контролирует четкое прямолинейное зрение.
Помимо дегенеративных заболеваний, бионические глаза теоретически могут быть использованы для лечения людей, перенесших физические травмы, которые также привели к повреждению сетчатки, согласно Природа (откроется в новой вкладке).
Изображение дегенерации желтого пятна в задней части глаза. (Изображение предоставлено Getty Images)
Впервые в мире
Первым пациентом, получившим бионический глаз, был дедушка Кит Хейман в 2009 году, по данным Ассоциации оптометристов . Ему было около 20 лет, когда у него диагностировали пигментный ретинит, и через несколько лет он ослеп.
После того, как в Королевской глазной больнице Манчестера ему установили бионический глаз, он смог видеть разницу между светом и тьмой и мог обнаруживать движение людей.
Он сказал: «Это значит, что я впервые увижу своих внуков. Когда они приходят, чтобы увидеть меня, они носят белые футболки, чтобы помочь мне следить за ними. Я не могу вам много рассказать о том, как они выглядят, но, по крайней мере, теперь я вижу, как они приближаются!
Дополнительные ресурсы
Подробнее о будущем бионического глаза можно узнать на веб-сайте Австралийской академии наук (откроется в новой вкладке).
Чтобы узнать о других способах, которыми искусственное зрение может улучшить жизнь, посмотрите это TED Talk Зива Авирама (открывается в новой вкладке).
Библиография
«Пациенты из Манчестера одними из первых получили бионические глазные имплантаты». Манчестерский университет, факультет биологии, медицины и здравоохранения. https://www.bmh.manchester.ac.uk/connect/social-responsibility/impact/bionic-eye-implant/ (открывается в новой вкладке)
«Компьютерная модель способствует потенциальным улучшениям технологии «Бионический глаз» ». Ассоциация вычислительной техники (2021 г.). https://cacm.acm.org (открывается в новой вкладке)
«Разработка нового поколения средств искусственного зрения». Университет Нортумбрии (2021 г.). https://newsroom.northumbria.ac.uk/pressreleases (открывается в новой вкладке)
Марк Смит — независимый журналист и писатель из Ливерпуля, Англия. Выпускник факультета информационных систем, он писал статьи о бизнесе, технологиях и мировых делах для таких организаций, как BBC, The Guardian, The Telegraph и How It Works Magazine, а также для журналов и веб-сайтов в США, Европе и Юго-Восточной Азии.
. Темы его произведений варьировались от квантовых вычислений до визуальных эффектов Трона. Он является автором «Руководства по искусству войны для предпринимателей» (открывается в новой вкладке)», которое Booklist назвал «необходимым чтением для бизнес-лидеров завтрашнего дня и увлекательным изучением зала заседаний как нового поля битвы».
Бионические глаза: как технологии заменяют потерянное зрение
(Изображение предоставлено Future plc/Адриан Манн)
Создание бионических глаз в результате последних достижений науки и техники вернуло надежду многим, кто не может видеть или частично видит из-за травмы, болезни или генетики .
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) , около 40 миллионов человек во всем мире страдают слепотой и еще 135 миллионов страдают от слабовидения (открывается в новой вкладке), потребность в новых решениях актуальна. Может ли технология бионического глаза проложить путь?
Здоровый глаз воспринимает свет через зрачок, а хрусталик фокусирует этот свет на задней части глаза, где находится толстый слой светочувствительной ткани, называемой сетчаткой.
Клетки, называемые фоторецепторами, превращают свет в электрические сигналы, которые проходят по зрительному нерву к мозгу , который затем интерпретирует изображения.
Но проблемы возникают, когда часть этой системы прерывается, часто из-за дегенеративных заболеваний, которые могут повредить части сетчатки. Именно здесь вступает в действие технология, чтобы восполнить пробел в той части процесса, которая отсутствует или повреждена.
Технология бионического глаза
В 2009 году хирурги больниц Манчестера и Мурфилдса в Великобритании провели первое в мире испытание бионического глаза Argus II у пациентов с пигментным ретинитом, согласно данным Университета Манчестер (откроется в новой вкладке). Они имплантировали устройства десяти пациентам с потерей зрения. Argus II помогал пациентам распознавать формы и узоры, а в 2013 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США официально одобрило использование этого устройства.
Брайан Мех из Second Sight в Argus II. (Изображение предоставлено Getty Images)
Дальнейшее развитие
Технология бионического глаза продолжает развиваться, и в 2021 году исследователи из Медицинской школы им. ACM) (откроется в новой вкладке). Это повторяет форму и положение миллионов нервных клеток и может помочь привнести в технологию цветовое зрение и улучшенную четкость.
Ученые из Сиднейского университета и UNSW недавно провели успешные испытания бионического глаза Phoenix99 на овцах, чтобы определить, как тело заживает после имплантации устройства.
Статьи по теме
Исследователи заявили, что не было никаких неожиданных реакций и ожидается, что он может безопасно оставаться на месте в течение «многих лет». Теперь работа проложит путь к испытаниям на людях. Одна из проблем с этой технологией заключается в том, что она может быть относительно громоздкой, поэтому гонка продолжается, чтобы найти новые способы питания бионических глаз.
Ученые из Харбинского технологического института в Китае и Университета Нортумбрии недавно разработали маломощную систему для управления синаптическими устройствами в бионических глазах, а ведущий профессор профессор Пин Ан Ху назвал ее «значительным прорывом», согласно Университета Нортумбрии. пресс-релиз (откроется в новой вкладке).
Как работает бионический глаз
Эта технология должна преобразовывать изображения в нечто понятное человеческому мозгу. Щелкните числа на интерактивном изображении ниже, чтобы прочитать о том, как это работает.
Болезни, разрушающие зрение
Существует целый ряд состояний, некоторые из которых возникают в результате процесса старения, а другие могут передаваться по наследству, что может привести к ухудшению зрения.
Бионические глаза работают, «заполняя пробелы» между тем, что воспринимает сетчатка, и тем, как это обрабатывается в зрительной коре головного мозга. Это нарушение происходит в условиях, воздействующих на сетчатку.
В значительной степени именно эти условия могут помочь в лечении бионических глаз.
По Медицинский центр Тафтс , одним из таких заболеваний является пигментный ретинит, группа редких генетических заболеваний, которые связаны с разрушением и потерей клеток в этой части глаза.
Другим заболеванием является возрастная дегенерация желтого пятна (ВМД), заболевание глаз, которое может затуманить центральное зрение. Это состояние возникает, когда старение вызывает повреждение макулы, части глаза, которая контролирует четкое прямолинейное зрение.
Помимо дегенеративных заболеваний, бионические глаза теоретически могут быть использованы для лечения людей, перенесших физические травмы, которые также привели к повреждению сетчатки, согласно Природа (откроется в новой вкладке).
Изображение дегенерации желтого пятна в задней части глаза. (Изображение предоставлено Getty Images)
Впервые в мире
Первым пациентом, получившим бионический глаз, был дедушка Кит Хейман в 2009 году, по данным Ассоциации оптометристов .
Ему было около 20 лет, когда у него диагностировали пигментный ретинит, и через несколько лет он ослеп.
После того, как в Королевской глазной больнице Манчестера ему установили бионический глаз, он смог видеть разницу между светом и тьмой и мог обнаруживать движение людей.
Он сказал: «Это значит, что я впервые увижу своих внуков. Когда они приходят, чтобы увидеть меня, они носят белые футболки, чтобы помочь мне следить за ними. Я не могу вам много рассказать о том, как они выглядят, но, по крайней мере, теперь я вижу, как они приближаются!
Дополнительные ресурсы
Подробнее о будущем бионического глаза можно узнать на веб-сайте Австралийской академии наук (откроется в новой вкладке). Чтобы узнать о других способах, которыми искусственное зрение может улучшить жизнь, посмотрите это TED Talk Зива Авирама (открывается в новой вкладке).
Библиография
«Пациенты из Манчестера одними из первых получили бионические глазные имплантаты».
Манчестерский университет, факультет биологии, медицины и здравоохранения. https://www.bmh.manchester.ac.uk/connect/social-responsibility/impact/bionic-eye-implant/ (открывается в новой вкладке)
«Компьютерная модель способствует потенциальным улучшениям технологии «Бионический глаз» ». Ассоциация вычислительной техники (2021 г.). https://cacm.acm.org (открывается в новой вкладке)
«Разработка нового поколения средств искусственного зрения». Университет Нортумбрии (2021 г.). https://newsroom.northumbria.ac.uk/pressreleases (открывается в новой вкладке)
Марк Смит — независимый журналист и писатель из Ливерпуля, Англия. Выпускник факультета информационных систем, он писал статьи о бизнесе, технологиях и мировых делах для таких организаций, как BBC, The Guardian, The Telegraph и How It Works Magazine, а также для журналов и веб-сайтов в США, Европе и Юго-Восточной Азии. . Темы его произведений варьировались от квантовых вычислений до визуальных эффектов Трона.