Первый россиянин с бионическим глазом рассказал о своей жизни: репортаж «Здоровья Mail.Ru». Бионические глаза

Бионический глаз человека | Наука

Бионический глаз — искусственная зрительная система для восстановления потерянного зрения при некоторых формах слепоты.

Рис.1. Бионический глаз по технологии, когда видеокамера также находится на лбу, но видеосигналы передаются в микрокомпьютер размером с бумажник, который находится в кармане. Он переводит видимое изображение в набор коротких импульсов ИК (инфракрасного излучения) светодиодно-жидкокристаллического дисплея, с числом точек в несколько тысяч. Этот поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного на «очках» перед глазами, проходит через хрусталик, и попадает на фотодиоды имплантата — фотосенсоры в сетчатке глаза и на «пара-центральную область» периферийного зрения[1]. Они усиливают сигнал, используя энергию от крошечной солнечной батареи, также имплантированной в радужку глаза.

В глазу с поврежденной сетчаткой, например, при скотоме, вживляют имплантат — протез сетчатки глаза, дополняя сетчатку c оставшимися в ней неповрежденными нейронами искусственными фоторецепторами (рис. 1, 2).

Проблема восстановления зрения при слепоте Править

У людей в пожилом возрасте иногда начинается возрастная деградация сетчатки глаза, при которой светочувствительные рецепторы (палочки, колбочки) начинают атрофироваться, то есть перестают реагировать на свет. Наступает полная слепота. При этом нервные клетки сетчатки глаза не погибают, что позволяет создавать системы для восстановления зрения.

Скотома — одна из основных причин слепоты Править

Рис.2 Применение бионического глаза при полной скотоме

Скотома, от греч. skotos — темнота — пятнообразный дефект, расположенный в поле зрения глаза, вызванный заболеванием сетчатки, болезнями зрительного нерва, глаукомой. Это участки сужают нормальное поле зрения, на них зрение существенно ослаблено, или отсутствует. Различают:

Абсолютная скотома (absolute scotomata) — участок, в котором зрение отсутствует.
Относительная скотома (relative scotoma) — участок, в котором зрение значительно снижено.

Предварительно проверить глаза на наличие скотомы можно самостоятельно, проведя исследование с помощью теста Амслера.

Бионический глаз может быть использован для компенсации потерянных зрительных ощущений:

На рис. 2 показаны:

Видеокамера, передающая оптическое изображение на видеопроцессор;
Видеопроцессор, который преобразует и передаёт оптическое изображение в виде видеосигналов на передатчик (2) в очках;
Путь пересылки электронного сигнала на приёмник-ресивер в глазу;
Полученная информация через миниатюрный проводник передаётся на электроды фотосенсора (4), вживлённого в сетчатку;
Электронные сигналы по зрительным нервам проходят в головной мозг человека.

Современные технологии восстановления зрения с помощью «бионического глаза» Править

В ряде случаев используют специальную полимерную пластинку-матрицу с фотодиодами, с которой можно снимать слабые электрические импульсы, передавая их в прилегающие живые нервные клетки. Аналоговые сигналы от созданного на искусственной сетчатке оптического изображения стимулируют сохранившиеся нейроны.

Изображение окружающего пространства может быть сформировано, например, при помощи видеокамеры, установленной на лбу, либо ИК-дисплея, специальных очков, и полимерного фотодатчика — фотосенсора с электродами и отверстиями. Такие системы обеспечивают привычное зрение, как периферийное, так и центральное.

При полной слепоте — в специальные очки встраивается миниатюрная видеокамера, которая работает таким образом:

(1) информация посылается на видеопроцессор который пациент носит на поясе.
(2) Процессор преобразует картинку в электронный сигнал и отсылает его на специальный передатчик, также встроенный в очки.
(3) Затем, этот передатчик посылает беспроводной сигнал на тончайший электронный приёмник-ресивер встроенный в глаз, и фотосенсор (электродная панель) который имплантирован в сетчатку пациента.

Электроды искусственных рецепторов (фотодатчиков) стимулируют оставшиеся действующие зрительные нервы сетчатки глаза, посылая электрические видеосигналы в мозг через зрительные нервы.[2]

Авторы удачных разработок бионического глаза Править

Дэниел Паланкер Править

Дэниел Паланкер, Адъюнкт — профессор,Отдел Офтальмологии, Школа Медицины и Hansen Экспериментальная Лаборатория Физики, Стэнфордский Университет

Разработки группы Паланкера Править

Искусственный объект — Оптикоэлектронный протез сетчатки глаза,
Взаимодействие в ткани — механизмы и использование,
Электрические эффекты в области ионных каналов и клеточных мембран,
Интерфейс «Нерв-устройство»,
Взаимодействие лазерного излучения и живой ткани,
Микрохирургические технологии,
Минимально-повреждающие электрооптические, терапевтические технологии
Оптическое отображение и спектроскопия.

Устройство и работа бионического глаза Править

Устройство имплатата Править

Рис.3.Схема дырчатого имплатата.

Имплатат (рис. 3) — специальный фотодатчик со встроенными электродами, он реагируют на свет, создавая оптическое изображение. Свет от видеокамеры, проходящий через хрусталик глаза и фокусируемый на сетчатке с дополнительно вживленным имплатируемым в сетчатку глаза дырчатым полимерным фотодатчиком (в случае полной слепоты фотодатчик получает электронные импульсы изображения по тончайшим проводникам от специального вмонтированного в глаз приёмника-ресивера (3 на рис. 2).

Рис. 6. Схема трихроматизма с оппонентным отбором цвета с участием мозга из 6—7 млн колбочек (биолгических сигналов). В мозг человека идет около 1,2 млн нервных окончаний, по которым идут импульсы обработанных аналоговых сигналов от сформированного на сетчатке оптического изображения

Создание искусственной сетчатки глаза человека Править

Дэвид Гамм (David Gamm) директор Глазного Исследовательского института при Университете Висконсин офтальмолог, всемирно известный специалист по выращиванию сетчатки из стволовых клеток человека. Искусственная сетчатка глаза человека заменит бионический глаз и восстановит нормальное цветное зрение у людей, потерявших зрение или находятся в состоянии деградации сетчатки зрительной системы.[6]

Основные вехи и последние достижения Править

В 2004 году 64-летней устройство с матрицей на металлической основе и 16-ю электродами апробировали на Линде Морфут из Лонг-Бич (Калифорния). В 21 год ей поставили диагноз пигментный ретинит, а к 50 годам она практически полностью ослепла (левый глаз немного воспринимал свет). установили фотодатчик По ее словам:

«Когда мне дали очки, у меня было удивительное чувство, — вспоминает она. — Я могу играть в баскетбол с внуком, могу стоять посреди тротуара. Я могу найти дверь, чтобы выйти из комнаты, и видеть, как моя внучка танцует на сцене. Когда мы приехали в Нью-Йорк, я увидела статую Свободы, какая она большая. В Париже мы ночью поднялись на Эйфелеву башню, и я видела все огни города. Я почувствовала себя в большей степени причастной к окружающему миру». The Guardian[7]

Как утверждает профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США) к 2009 году глазной протез появится на потребительском рынке по цене около пятнадцати тысяч фунтов стерлингов.[8].

При этом речь идет о протезах с фотодатчиками из полимерных материалов с дырчатой конструкцией с 2,5-ной тысячами пикселей на квадратный мм, с возможностью использования периферийного зрения[9][10].

1) Однако, когда протезы с фотодатчиками из полимерных материалов с дырчатой конструкцией с 2,5-ной тысячами пикселей на квадратный мм, с возможностью использования периферийного зрения[11][12] будут широко внедряться в практику, то это не значит, что зрение будет цветным.
2) Цветное зрение станет возможным при создании АЦП для внедрённых выше указанных имплантатов.

Публикации в новостных агентствах Править

В 2004 году 64-летней Линде Морфут из Лонг-Бич (Калифорния) с диагнозом пигментный ретинит в возрасте 21 года, когда она практически полностью ослепла к 50 годам (Левый глаз ее немного воспринимает свет) установили фотодатчик с матрицей на основе 16-ти металлических электродов. Эта матрица имеет всего 4 строки по 4 электрода. Однако по ее словам:

Как утверждал профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США) к 2009 году глазной протез появится на потребительском рынке по цене около пятнадцати тысяч фунтов стерлингов,[14] однако этого до сих пор не произошло.

При этом речь шла о протезах с фотодатчиками из полупроводниковых материалов с конструкцией состоящей из 2,5-ой тысяч пикселей на квадратный мм, с возможностью использования периферийного зрения.[15]

В Великобритании «прозрел» полностью слепой человек. Пациенту в возрасте 76 лет по имени Рон, который ослеп 30 лет тому назад из-за наследственной болезни, удалось пересадить так называемый бионический глаз[16][17].
51-летнему Питеру Лэйну в Великобритании одному из первых в мире в декабре 2009 года имплантировали в глаз электронные фотодатчики, посылающие в мозг сигналы, собираемые специальными очками. Эта технология позволила англичанину впервые за 30 лет увидеть очертания объектов, например, дверь, шкаф, а также даже распознавать буквы[18].

Бионический глаз - уже не теория, но практика.[1].
Бионический глаз - YouTube. [2].

ru.science.wikia.com

первый в мире бионический глаз помогает видеть формы и цвета

Можете ли вы себе представить мир тьмы, окружающей вас повсеместно? Для некоторых из нас такова жуткая реальность, с которой приходится мириться, к которой приходиться привыкать. К счастью, ученые находятся на грани открытия новой технологии, позволяющей восстановить функции зрения. Группа хирургов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно успешно имплантировала первый в мире визуальный стимулятор в мозг 30-летней пациентки, пожелавшей остаться неизвестной. Бионический глаз

История неизвестной женщины

Пациентка стала стремительно терять зрение в 2008 году. Состояние было спровоцировано редким заболеванием, именуемым синдромом Фогта-Койанаги-Харада. Недуг поражает радужную оболочку глаза. Через год наша безымянная героиня узнала, что такое полная слепота. Тем не менее потерять зрение - не означает потерять надежду. Восемь лет спустя женщина снова может видеть с помощью бионического глаза. Крошечный стимулятор, напоминающий видеокамеру, размещен в задней части головного мозга пациентки. Пациентка

Как работает эта технология?

Устройство, имплантированное в мозг слепой пациентке, было разработано в рамках программы Orion I. Этот маленький чип является массивом из крошечных электродов и, по сути, продолжает разработку Argus II, выпущенную в прошлом году в Королевском госпитале Манчестера. Все эти миниатюрные электроды собраны в пучок и выведены сквозь щель в черепной коробке через антенну. Сигналы посылаются в зрительную кору головного мозга через компьютер. Отметим, что английский бионический глаз требует, чтобы у пациента в обязательном порядке сохранились некоторые рабочие клетки сетчатки. Слепота

Новая американская технология была разработана для всех, кто полностью лишен зрения. Таким образом, система посылает сигналы непосредственно в мозг, минуя зрительный нерв. И это теоретически может работать как восстановительная процедура для слепых людей. Если предположения медиков подтвердятся, нас ожидает настоящий прорыв. Посредством имплантации бионического глаза получат возможность восстановить зрение даже те пациенты, которые потеряли его в результате развития раковой опухоли. Бионический глаз

Четырехчасовая операция

Чтобы разместить имплантат в мозге пациентки, хирургам понадобилось всего четыре часа. Сама операция прошла в августе этого года, еще какое-то время понадобилось на тестирование технологии. Медики проделали небольшое отверстие в задней части черепной коробки пациентки, а затем поместили стимулятор с крошечными электродами в районе зрительной коры. Далее оставалось лишь разместить миниатюрные антенны в приемнике, который принимает сигналы от компьютера и посылает их через отверстие непосредственно в мозг. Затем были запланированы шестинедельные испытания, направленные на тестирование бионического глаза. Пациентка

Шестинедельные тесты

Медики склонны оценивать результаты тестов как положительные. В течение шести недель женщина видела точные сигналы, которые посылались ей через компьютер. Она смогла различить цветные вспышки, пятна и линии. Вот что говорит доктор Пуратян, контролировавший исследование: «В тот момент, когда пациентка впервые смогла различить цвета, она пережила незабываемый эмоциональный опыт. Ее искренняя радость тронула всех нас до глубины души. На основании первых тестов мы отмечаем, что разработанная нами система имеет огромный потенциал. В дальнейшем она поможет восстанавливать зрение слепым людям». Слепота

Ожидание одобрения технологии

Перед тем как продолжить эксперименты и усовершенствовать бионический глаз, ученые ждут одобрения от управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Отметим, что это стандартная процедура. Предположительно разрешение на использование разработки в массовом порядке удастся получить уже в начале 2017 года. Бионический глаз

Последующие испытания и усовершенствование

Последующие испытания системы Orion I будут дополнены очками со встроенной видеокамерой. Портативное устройство будет подключено к имплантату. Таким образом, человек получит возможность увидеть все, что сможет уловить камера. Отметим, что это первая технологическая разработка, достигнувшая таких значительных результатов. Если есть возможность обойти функции зрительного нерва, значит, у людей, ослепших в результате глаукомы, диабетической ретинопатии или различных травм, появляется реальный шанс прозреть.

fb.ru

Первый россиянин с бионическим глазом рассказал о своей жизни: репортаж «Здоровья Mail.Ru»

Григорий Александрович Ульянов в такой темноте прожил 20 лет. Прежде чем благодаря операции по пересадке бионического глаза он снова увидел свет.

В каком-то смысле наш глаз — это камера, которая с помощью нервных окончаний передает картинку в «процессор» — головной мозг, а тот расшифровывает полученные сигналы. Эта трансляция происходит благодаря сетчатке — своеобразной параболической антенне, которая дает охват зрения на 180 градусов. Если в ней происходит какое-то нарушение, наступает слепота.

Еще в 2005 году Даниел Паланкер из Стэнфордского университета с научной группой сконструировал оптический прибор, аналогичный человеческому глазу — так называемый бионический глаз.

В 2011 году американские ученые разработали бионический глаз Argus II — к слову, создала его та же компания, что производит и импланты для слабослышащих.

Предыстория

В конце июня первую операцию по пересадке бионического глаза провел в России профессор Христо Тахчиди в НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова на базе ФНКЦ оториноларингологии ФМБА России. А первым пациентом стал Григорий Александрович Ульянов из Челябинска.

Пигментная дистрофия сетчатки — болезнь, при которой зрение стремительно падает, а 180-градусное поле зрения постепенно сужается до размеров туннеля, все более и более узкого. Потом его стенки смыкаются, и наступает темнота.

Этот диагноз поставили Григорию Александровичу. Терять зрение он начал еще в молодости. Сначала у него появилась куриная слепота — в сумерках при плохом освещении он с трудом различал предметы, но тщательно скрывал это. Он тогда учился еще в училище и боялся, что проблемы со зрением помешают ему продолжать учиться и работать.

Зрение по-прежнему падало — точнее постепенно сужалось поле видимости. В конце концов остался видимым лишь узкий луч света.

Я понимал, что скоро исчезнет и этот луч, и стал готовиться к погружению в темноту.

Григорий Ульянов

Он смотрит прямо на меня, хотя на самом деле в бионических очках видит лишь сплошное белое пятно. Но до операции не было и этой белизны — его окружала кромешная темнота.

По его словам, тогда, 20 лет назад, поняв, что слепота неизбежна, он старался запомнить окружающий мир. И не в смысле «наглядеться», запечатлеть в памяти лица родных и друзей, хотя, конечно, и это тоже. В первую очередь — по практическим соображениям. Он пытался запомнить до мельчайших подробностей маршрут, которым ходил на работу, свою квартиру, чтобы потом в темноте с легкостью передвигаться по ней.

Запоминал, где что лежит и стоит. Пробовал ходить с закрытыми глазами, чтобы, пока еще есть возможность, увидеть, где он может споткнуться. Он еще успел поглядеть на недавно родившуюся внучку Иришку. Это было в 1997 году. А потом все.

Когда ему предложили сделать операцию, он сначала отказался. И страшно было, и казалось ненужным. К этому времени Григорий Александрович вполне освоился в своей слепоте. Через весь город ездил на работу — на металлургический завод. Ходил в магазин, занимался какими-то элементарными домашними делами. Внуки знали, что дедушка не видит, и научились описывать словами то, что происходит вокруг.

Григорию Александровичу объяснили, что даже после операции привычного зрения не появится. Но он сможет различать свет, а это позволит лучше ориентироваться в пространстве.

Все же после долгих раздумий он все же решился.

В молодости мужчина увлекался фокусами. Понятно, что слепота поставила крест на увлечении. Но когда встал вопрос об операции, он подумал: если он сможет различать свет от предметов, он сможет вернуться к своему хобби.

Что было на операции

«Операция очень трудоемкая, — говорит Христо Тахчиди. — Это очень сложная конструкция, которую надо было собрать не только на глазу, но и внутри него, в микронном исполнении».

Конструкция бионического глаза состоит из двух блоков. Внешний крепится на специальной оправе: это микрокамера на переносице и антенна со стороны прооперированного глаза. С антенны вся информация передается на микропреобразователь, который крепится на глазном яблоке. От микропреобразователя тянется своеобразный микрокабель, который заканчивается микрочипом. Этот электронный чип состоит из 60 электродов и устанавливается на центральной зоне сетчатки. Сигнал, который поступает в преобразователь на глазу, трансформируется в микроэлектрический ток, стимулирующий сетчатку. Стимуляция сетчатки вызывает нервный импульс, который по зрительным путям идет в кору головного мозга. Именно здесь и рождается изображение, как у обычного человека.

Работа деликатная и требует невероятной тонкости. Чтобы микропроводки случайно не перекусить, на все инструменты надевались силиконовые трубочки. Каждая манипуляция была предварительно точно выверена, поскольку лишние движения были нежелательны. И главное — каждое движение надо было делать верно с первого раза.

Операция длилась шесть часов. Но, чтобы начал «видеть» бионический глаз, эту систему нужно включить. И делает это уже даже не хирург, а специальная инженерная группа.

Григорию Александровичу подключили систему через две недели после операции, когда постепенно зажили все разрезы.

Я сперва ничего не понял, — делится впечатлениями от первых минут после включения системы. — Перед глазами вдруг все засверкало, какие-то белые пятна. И постоянно вспышки, вспышки. После полной темноты было непривычно и даже тяжело.

Григорий Ульянов

Белыми пятнами были врачи, которые собрались вокруг. То, что операция прошла нормально и пациент чувствует себя хорошо, было ясно. Но увидит ли он свет — главный вопрос.

Это был еще первый и технически самый сложный, этап операции. Теперь предстоит второй — обучение зрению.

Что происходит после операции

«У него не будет зрения, привычного для нас, — объясняет Христо Тахчиди. — Это новое зрение будет как у более примитивных живых существ. Оно дает не детализированную информацию, а световые пятна различной формы. Мы как бы эволюционируем назад, возвращаемся к низшим организмам. Это своего рода система зрительных шифров, которые надо разгадать. Этому и будем обучать пациента.

В реальности это выглядит примерно так. Человеку показывают на предмет и спрашивают, что он видит на этом месте. А видит он световые пятна. И он должен запомнить, что вот такого рода световая конфигурация- это тарелка. И так далее. Это как новый язык, который просто надо выучить. Только вместо грамматики — геометрия световых пятен. Эти программы отработаны на международном уровне, есть специально для дома, есть — для ориентирования на улице.

По словам Христо Тахчиди, Григорий Александрович учится быстро: «Со второго раза он сумел „увидеть“ шарик и взять его в руки. Хотя обычно это умение приходит лишь спустя месяцы после обучения. Но он вообще хорошо адаптирован к жизни. У него было абсолютно правильное, рациональное вхождение в инвалидность. И сейчас операции он не потерял имеющихся знаний. Мир остался с ним. И он пытается использовать новые знания».

Конечно, бионический глаз не равноценная замена живому. И не только потому, что он не определяет деталей предмета. Есть нюансы, о которых здоровый человек даже не думает. Например, на звук или источник света мы реагируем движением глазных яблок. Поворачиваться самим не обязательно. А с бионическим глазом чтобы, скажем, посмотреть вниз, одного движения глаз недостаточно. Придется наклонить голову. И вот к этому тоже предстоит еще привыкнуть.

«Такой подарок отец сделал себе на день рождения, — рассказывает его дочь Елена, которая приехала с отцом в Москву. — На следующий день после операции ему исполнилось 59 лет».

Дочь связывает Григория Александровича с родным домом в Челябинске, с семьей, близкими.

«Скучаю, — застенчиво улыбаясь признается он. — Очень по жене соскучился. И вообще домой хочется. Я хорошо себя чувствую. Надеюсь, скоро поедем».

У него есть уже некоторые планы. Наверное тем, у кого нет проблем со зрением, они покажутся незатейливыми, но они невероятны по своим возможностям для человека, который не видел.

Григорий Александрович рассчитывает, что теперь сможет сыграть в шашки. Сможет участвовать в заводских концертах и показывать фокусы. «Увидит» пусть и световыми пятнами всю свою большую семью — жену, детей, внуков и новорожденную правнучку.

— Что было самое для вас самым трудным? — спрашиваю я напоследок, ожидая услышать о бытовых проблемах. — Я привык ориентироваться наощупь. А самое трудное — это отсутствие зрения, — вздыхает он. — Я до сих пор помню и лица близких, и свою улицу. Но не вижу их. А так хочется видеть.

Читайте также о том, как бионические протезы помогают людям приспосабливаться к жизни и расширять возможности восприятия. А еще посмотрите нашу инфографику на эту тему.

Биороботы среди нас | Источник: Здоровье Mail.Ru

Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

health.mail.ru

Бионический глаз — Традиция

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»

В глаз с поврежденной сетчаткой, например, при скотоме, вживляют имплантант — протез сетчатки глаза, дополняя сетчатку c оставшимися в ней неповреждёнными нейронами искусственными фоторецепторами (рис. 1, 2).

Проблема восстановления зрения при слепоте[править]

Скотома - одна из основных причин слепоты[править]

Абсолютная скотома (absolute scotomata) — участок, в котором зрение отсутствует.
Относительная скотома (relative scotoma) — участок, в котором зрение значительно снижено.

Бионический глаз может быть использован для компенсации потерянных зрительных ощущений:

На рис. 2 показаны:

Видеокамера, передающая оптическое изображение на видеопроцессор;
Видеопроцессор, который преобразует и передаёт оптическое изображение в виде видеосигналов на передатчик (2) в очках;
Путь пересылки электронного сигнала на приёмник-ресивер в глазу;
Полученная информация через миниатюрный проводник передаётся на электроды фотосенсора (4), вживлённого в сетчатку;
Электронные сигналы по зрительным нервам проходят в головной мозг человека.

Современные технологии восстановления зрения с помощью «бионического глаза»[править]

(1) информация посылается на видеопроцессор который пациент носит на поясе.
(2) Процессор преобразует картинку в электронный сигнал и отсылает его на специальный передатчик, также встроенный в очки.
(3) Затем, этот передатчик посылает беспроводной сигнал на тончайший электронный приёмник-ресивер встроенный в глаз, и фотосенсор (электродная панель) который имплантирован в сетчатку пациента.

Авторы удачных разработок бионического глаза[править]

Дэниел Паланкер[править]

Дэниел Паланкер (Daniel Palanker)[2] из Стэнфордского университета (Stanford University) и его научная группа "Биомедицинской физики и офтальмологических технологий" (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies) разработали протез сетчатки глаза высокого разрешения (имплантант в сетчатку глаза) называемый «Бионическим глазом» (Bionic Eye, рис. 1-3)[3][4].

Разработки группы Паланкера[править]

Искусственный объект — Оптикоэлектронный протез сетчатки глаза,
Взаимодействие в ткани — механизмы и использование,
Электрические эффекты в области ионных каналов и клеточных мембран,
Интерфейс "Нерв-устройство",
Взаимодействие лазерного излучения и живой ткани,
Микрохирургические технологии,
Минимально-повреждающие электрооптические, терапевтические технологии
Оптическое отображение и спектроскопия.

Устройство и работа бионического глаза[править]

Устройство имплантата[править]

Имплантат (рис. 3) — специальный фотодатчик со встроенными электродами, он реагируют на свет, создавая оптическое изображение. Свет от видеокамеры, проходящий через хрусталик глаза и фокусируемый на сетчатке с дополнительно вживленным имплатируемым в сетчатку глаза полимерным фотодатчиком (в случае полной слепоты фотодатчик получает электронные импульсы изображения по тончайшим проводникам от специального вмонтированного в глаз приёмника-ресивера (3 на рис. 2).

В настоящее время испытывается дырчатая полимерная матрица — имплантант из специального органического материала с количеством фотодиодов 2,5 тысячи на квадратный мм (рис. 3). Для сравнения: здоровый глаз содержит на сетчатке глаза около 6—7 млн. колбочек и 110—125 млн палочек — светочувствительных элементов, что эквивалентно 100 мегапикселям для матрицы цифрового фотоаппарата. Но в мозг человека идет около 1,2 млн. нервных окончаний, по которым идут импульсы обработанных аналоговых сигналов от сформированного на сетчатке оптического изображения. При этом попадающие эти сигналы перерабатываются в самой сетчатке глаза (на рецепторном уровне, во внешних долях мембран с участием фоторецепторов ipRGC, головного мозга, разновидностями фотопигментов опсина, где происходит фильтрация основных спектральных лучей RGB) не в цвете, для передачи их в мозг (для сравнения: в фотосенсорах цифровых фотоаппаратов, полученные аналоговые сигналы (фотоны) изначально попадая на пиксели накапливаются в виде электронов, с зарядом, равным энергии падающей длины волны. Т.е. не в цвете). Такой имплантант может вернуть глазу 100% зрение (острота зрения 1:1, или относительное значение 20:20). Сравним: в случае 20:400 = 0,05 наступает «юридическая» слепота. Это означает, что при зрении = 0,05 расстояние клеток от электродов не более 30 мкм. Для остроты в 0,25 это расстояние не должно превышать 7 мкм. Откуда получаемая плотность фотодиодов составляет 2,5 тысяч пикселей на 1 кв.мм. При такой плотности имеет место сжатие и слияние нервных клеток, что отрицательно сказывается на работе имплантированных матриц. Задача решается, если использовать работу матриц по всей глубине сетчатки глаза, или обеспечить работу электродов на минимальном расстоянии от нервных клеток. Применение конструкции на базе полимерных матриц с отверстиями 15-40 мкм (рис. 2), имплантируемых в сетчатку, показало, что за короткое время нервные клетки сами проникают в отверстия с двух сторон и объединяются, а также заполняют пространство между выступами электродов, близко подходя к электродам. Это позволило использовать такой фотосенсор в опытных работах.

Этот фотодатчик в настоящее время используется при опытах на крысах и свиньях.

Восприятие изображения[править]

Существовавший ранее метод использовал передачу изображения с видеокамеры напрямую в глаз. При этом спроецированное изображение воспринималось блоком фотодатчиков, и сигнал со ста его пикселей передавался через нервные клетки в мозг. Однако то, что "видит" видеокамера, вызывало у человека ощущение несовпадения с тем, что происходит при естественном движении яблока глаз глазного яблока.

По другой технологии видеокамера также находится на лбу (рис. 1), но видеосигналы передаются в микрокомпьютер размером с бумажник, который находится в кармане. Он переводит видимое изображение в набор коротких импульсов инфракрасного излучения светодиодно-жидкокристаллического дисплея, с числом точек в несколько тысяч. Этот поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного на "очках" перед глазами, проходит через хрусталик, и попадает на фотодиоды имплантата — фотосенсоры в сетчатке глаза. Они усиливают сигнал, используя энергию от крошечной солнечной батареи, также имплантированной в радужку глаза.

Хотя инфракрасные лучи человек не видит, но он воспринимает результат воздействия электрических импульсов на клетки сетчатки, как изображение. Сам фотодатчик имеет размер 3 мм и покрывает 10% поля зрения в центре сетчатки. Суть этого изобретения в том, что благодаря очкам с полупрозрачным (дихроидным зеркалом у человека сохраняется естественное восприятие сцены, расположенной перед ним, при помощи визуального объединения изображения, созданного еще живыми фоторецепторами глаза (периферийным зрением), с наложенным на центральную область глаза изображением от видеокамеры.

Небольшие частые движения глаз (БДГ), очень важные для полноценного зрительного восприятия, при этом сохраняют свою функциональность. Человек сам смотрит как на объект, и в то же время получает дополнительное электронное инфракрасное изображение. Положение этого изображения на сетчатке и внедрённой решётке электродов меняется вместе с движением головы, а имплантант работает в условиях максимального использования оставшегося периферийного зрения.

По технологии (рис. 2):

1. Видеокамера на очках записывает картинку и посылает информацию на видеопроцессор, который человек носит на поясе.

2. Процессор преобразует картинку в электронный сигнал и посылает его на специальный передатчик в очках.

3. Электронный сигнал затем посылается на приёмник-ресивер в глазу человека.

4. Эта информация посылается через крошечный проводок на электроды фотосенсора (протеза), присоединенные к сетчатке глаза. Электрические импульсы проходят через оптический нерв в мозг человека[4].

Как известно, фотодатчик фотосенсор создан и во многом копирует биологический фотодатчик сетчатку, которые работают по принципу восприятия спектральных лучей света блоками пикселей или блоками колбочек с внешними долями мембран и представляют мозаику ячеек (фотосенсор) и мозаику блоков колбочек RGB.

Как видим, что такие схемы восприятия спектральных лучей в биологии и цифровой фотографии аналогичны, и практика лечения слепоты используют принципы биофизических процессов восприятия спектральных лучей (на принципе трихроматизма). Важно подчеркнуть, что данный имплантант пока содержит около 2500 пикселей и равен по размеру пшеничного зерна. Т.е. он внедряется в зону сетчатки, в центре жёлтого пятна, где нет палочек. (Уже здесь ещё раз практически, в результате восстановления зрения слепого человека видим, что трихроматизм, трёхкомпонентная теория цветного зрения верна.

Внедрённый первый протез в сетчатку глаза с 2500 пикселями, выдаёт сигналы, полученные с видеосистемы на фотосенсор, несущего пиксели , которые воспринимают спектральные лучи как любая видеокамера в цвете — RGB. Но как известно и фотосенсор с пикселями, и сетчатка глаза с фоторецепторами, своими внешними долями мембран на начальном рецепторном этапе восприятия спектральных лучей в виде фотонов (с энергией длин электромагнитных волн) формируют цветные сигналы не в цвете[5], (см. Рецепторный и нейронный уровень восприятия света). Фотосенсоры цветного видео эти сигналы накапливают в пикселях как конденсаторы с количеством электронов, соответствующей энергии захваченной длины волны, потом, преобразователь АЦП переводит первичное не цветное изображение в цветное. В сетчатке — на рецепторном уровне, где внедрён фотосенсор происходит та же картина (в здоровой сетчатке вместо пикселей работают при цветном зрении колбочки, которые своими внешними мембранами воспринимают падающие спектрадьные лучи на рецепторном уровне также не в цвете. И пиксели, и колбочки изначально получают информацию о длине волны в виде её энергии не в цвете). Пока же на первой стадии стадии лечения слепоты удалось внедрить протез с 2500 пикселей, который приняла сетчатка и первое, что получено, это проводимые цветные не обработанные сигналы, которые поступают в мозг не как из мембран, т.е. без участия фотопигментов, без оппонентного отбора, без учёта ретиномоторной реакции, третьего фоторецептора ipRGC и т.д. И в мозгу это на фотосенсорном (рецепторном) уровне оптическое не цветное изображение от имплантанта формируется как бело-чёрное. Человек видит серые контуры предметов, человек видит свет. Это не значит, что описанные устройства не несут никакой информации о цвете. Думаю в скором будущем человек будет видеть и цветное изображение.(Слово за применением нанотехнологии).

Основные вехи и последние достижения[править]

"Когда мне дали очки, у меня было удивительное чувство, – вспоминает она. – Я могу играть в баскетбол с внуком, могу стоять посреди тротуара. Я могу найти дверь, чтобы выйти из комнаты, и видеть, как моя внучка танцует на сцене. Когда мы приехали в Нью-Йорк, я увидела статую Свободы, какая она большая. В Париже мы ночью поднялись на Эйфелеву башню, и я видела все огни города. Я почувствовала себя в большей степени причастной к окружающему миру". The Guardian.

Публикации в новостных агентствах[править]

В 2004 году 64-летней Линде Морфут из Лонг-Бич (Калифорния) с диагнозом пигментный ретинит в возрасте 21 года, когда она практически полностью ослепла к 50 годам (Левый глаз её немного воспринимает свет) установили фотодатчик с матрицей на основе 16-ти металлических электродов. Эта матрица имеет всего 4 строки по 4 электрода. Однако по её словам:

Как утверждал профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США) к 2009 году глазной протез появится на потребительском рынке по цене около пятнадцати тысяч фунтов стерлингов,[9], однако этого до сих пор не произошло.

В Великобритании «прозрел» полностью слепой человек. Пациенту в возрасте 76 лет по имени Рон, который ослеп 30 лет тому назад из-за наследственной болезни, удалось пересадить так называемый бионический глаз[10][11].
51-летнему Питеру Лэйну в Великобритании одному из первых в мире в декабре 2009 года имплантировали в глаз электронные фотодатчики, посылающие в мозг сигналы, собираемые специальными очками. Эта технология позволила англичанину впервые за 30 лет увидеть очертания объектов, например, дверь, шкаф, а также даже распознавать буквы[4].

traditio.wiki

Бионический глаз человека — Циклопедия

→ Визуальный протез

→ Зрение человека

[править] Проблема восстановления зрения при слепоте

[править] Скотома — одна из основных причин слепоты

→ Скотома

Абсолютная скотома (absolute scotomata) — участок, в котором зрение отсутствует.
Относительная скотома (relative scotoma) — участок, в котором зрение значительно снижено.

Бионический глаз может быть использован для компенсации потерянных зрительных ощущений:

На рис. 2 показаны:

Видеокамера, передающая оптическое изображение на видеопроцессор;
Видеопроцессор, который преобразует и передаёт оптическое изображение в виде видеосигналов на передатчик (2) в очках;
Путь пересылки электронного сигнала на приёмник-ресивер в глазу;
Полученная информация через миниатюрный проводник передаётся на электроды фотосенсора (4), вживлённого в сетчатку;
Электронные сигналы по зрительным нервам проходят в головной мозг человека.

[править] Современные технологии восстановления зрения с помощью «бионического глаза»

(1) информация посылается на видеопроцессор который пациент носит на поясе.
(2) Процессор преобразует картинку в электронный сигнал и отсылает его на специальный передатчик, также встроенный в очки.
(3) Затем, этот передатчик посылает беспроводной сигнал на тончайший электронный приёмник-ресивер встроенный в глаз, и фотосенсор (электродная панель) который имплантирован в сетчатку пациента.

[править] Авторы удачных разработок бионического глаза

[править] Дэниел Паланкер

Дэниел Паланкер (Daniel Palanker)[3] из Стэнфордского университета (Stanford University) и его научная группа "Биомедицинской физики и офтальмологических технологий" (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies) разработали протез сетчатки глаза высокого разрешения (имплантант в сетчатку глаза) называемый «Бионическим глазом» (Bionic Eye, рис. 1-3)[4][5].

[править] Разработки группы Паланкера

Искусственный объект — Оптикоэлектронный протез сетчатки глаза,
Взаимодействие в ткани — механизмы и использование,
Электрические эффекты в области ионных каналов и клеточных мембран,
Интерфейс «Нерв-устройство»,
Взаимодействие лазерного излучения и живой ткани,
Микрохирургические технологии,
Минимально-повреждающие электрооптические, терапевтические технологии
Оптическое отображение и спектроскопия.

[править] Устройство и работа бионического глаза

→ Устройство и работа бионического глаза

[править] Устройство имплантата

Имплантат (рис. 3) — специальный фотодатчик со встроенными электродами, он реагируют на свет, создавая оптическое изображение. Свет от видеокамеры, проходящий через хрусталик глаза и фокусируемый на сетчатке с дополнительно вживленным имплатируемым в сетчатку глаза дырчатым полимерным фотодатчиком (в случае полной слепоты фотодатчик получает электронные импульсы изображения по тончайшим проводникам от специального вмонтированного в глаз приёмника-ресивера (3 на рис. 2).

[править] Создание искусственной сетчатки глаза человека

→ Создание искусственной сетчатки глаза человека

[править] Основные вехи и последние достижения

1) Однако, когда протезы с фотодатчиками из полимерных материалов с дырчатой конструкцией с 2,5-ной тысячами пикселей на квадратный мм, с возможностью использования периферийного зрения[11][12] будут широко внедряться в практику, то это не значит, что зрение будет цветным.
2) Цветное зрение станет возможным при создании АЦП для внедрённых выше указанных имплантатов.

[править] Публикации в новостных агентствах

В Великобритании «прозрел» полностью слепой человек. Пациенту в возрасте 76 лет по имени Рон, который ослеп 30 лет тому назад из-за наследственной болезни, удалось пересадить так называемый бионический глаз[16][17].
51-летнему Питеру Лэйну в Великобритании одному из первых в мире в декабре 2009 года имплантировали в глаз электронные фотодатчики, посылающие в мозг сигналы, собираемые специальными очками. Эта технология позволила англичанину впервые за 30 лет увидеть очертания объектов, например, дверь, шкаф, а также даже распознавать буквы[18].

cyclowiki.org

Бионический глаз - Медицинский портал

Замена утраченных частей тела электронными имплантатами вышла за пределы научной фантастики. Одно из таких решений – бионический глаз.

Актуальность проблемы нарушения зрения

По последним данным ВОЗ, возле 285 млн. человек во всем мире страдают от нарушения зрения. Из них 39 млн. – целиком слепые. Причины полного или частичного нарушения зрения разнообразны – от глазных заболеваний до генетических дефектов, травм и действия отравляющих веществ. Проблемы со зрением являются одной из распространенных причин инвалидности. Совместно с тем, 80% случаев нарушения зрения можно предупредить или вылечить. Бионический глаз – один из современных высокотехнологичных методов восстановления потерянного зрения при некоторых формах слепоты.

Что такое бионические протезы?

Современные наука и медицина позволяют основывать протезы, которые по внешнему виду и функциям похожи на настоящие органы или конечности. Такие протезы и имплантаты называют бионическими. Определенные успехи в этой области достигнуты при разработке бионических рук и ног, искусственных сердца, уха и сетчатки очи.

Бионический глаз представляет собой искусственную зрительную систему для восстановления потерянного зрения. Это уникальная возможность вернуть зрение даже слепым людям, у которых сохранены здоровые клетчатки сетчатки и действует природный путь передачи данных от сетчатки к мозгу. Такие имплантаты предназначены, прежде итого, для пациентов, которые ослепли из-за дегенеративных заболеваний сетчатки.

В пожилом возрасте может развиваться возрастная дегенерация сетчатки. При этом светочувствительные рецепторы очи начинают атрофироваться – перестают реагировать на свет, и человек слепнет. Совместно с тем, нервные клетки сетчатки не погибают. Благодаря этому можно создать искусственную систему для восстановления зрения.

Одной из ведущих причин слепоты является скотома. Это пятнообразный дефект, какой расположен в поле зрения глаза. Скотома вызвана болезнями сетчатки или зрительного нерва, глаукомой.

Будто работает бионический имплантат глаза?

Эта система позволяет компенсировать потерянные зрительные ощущения при полной или неполной потере зрения. Для этого в глаз с поврежденной сетчаткой вживляется имплантат – протез сетчатки, какой дополняет саму сетчатку с оставшимися в ней неповрежденными нервными клетками.

В ряде случаев используется полимерная пластинка-матрица с фотодиодами. С нее снимаются электрически импульсы, которые передаются в соседние рабочие нервные клетки. Аналоговые сигналы от оптического изображения на искусственной сетчатке, стимулируют сохранившиеся клетки.

Окружающее изображение формируется при помощи видеокамеры, расположенной на лбу, ИК-дисплея, специальных очков и полимерного фотосенсора с электродами и отверстиями.

При полной слепоте одним из ключевых компонентов системы являются специальные очки со встроенной камерой. Информация с камеры поступает на видеопроцессор, какой пациент носит на поясе. Процессор преобразует изображение в сигнал и посылает его на передатчик, встроенный в очки. Затем этот передатчик по беспроводной сети отправляет сигнал на электронный ресивер, встроенный в глаз и электроды фотосенсора, вживленного в сетчатку. Электроды фотосенсора стимулируют функционирующие зрительные нервы сетчатки. Электронные сигналы по зрительным нервам поступают в головной мозг пациента.

Успехи в применении

В августе 2008 года проведена первая операция по пересадке бионического имплантата очи под названием Argus II, разработанного компанией «Second Sight», США. В рамках испытаний пациентом стал 76-летний британец, который из-за наследственной болезни был слеп последние 30 лет. После операции муж начал видеть проблески света и, по его словам, научился отличать белые и серые носки от черных.

В декабре 2009 года одним из участников испытаний новой технологии стал 51-летний обитатель Великобритании Питер Лэйн. Ему в глаз имплантировали электронные фотодатчики, которые посылают в мозг сигналы, собираемые очками. Благодаря этому муж впервые за 30 лет смог разобрать очертания объектов, распознавать буквы.

В 2012 году ученые из Bionic Vision Australia впервой имплантировали прототип электронного бионического глаза женщине с неизлечимым заболеванием – наследственной пигментной дистрофией сетчатки. Эта система оснащена 24 электродами и кабелем, какой соединяет его с приемным устройством, расположенным за ухом. Основной недостаток этого прототипа − возможность передавать лишь черно-белое изображение.

Улучшенный имплантат Argus II уже доступен к использованию в Европе. Операция по его установке длится 4 часа, ее стоимость составляет возле 115 тыс. долларов. Имплантат оснащен 60 электродами, что позволяет различать грубые формы предметов и крупные буквы, а также следить за перемещением объекта.

Бражка Retina Nano выпустила систему под названием Bio-Retina. Операция по имплантации продолжаться около 30 минут и выполняется под местной анестезией. Датчик оснащен 576 электродами и позволяет мозгу воспринимать уровни серого.

Усовершенствование бионических имплантатов глаз продолжается. Увеличение количества электродов позволит повысить позволение, а усовершенствование датчиков – получить цветное зрение.

Бионический глаз - Likar.Info

Актуальность проблемы нарушения зрения

По последним данным ВОЗ, около 285 млн. человек во всем мире страдают от нарушения зрения. Из них 39 млн. – полностью слепые. Причины полного или частичного нарушения зрения разнообразны – от глазных заболеваний до генетических дефектов, травм и действия отравляющих веществ. Проблемы со зрением являются одной из распространенных причин инвалидности. Вместе с тем, 80% случаев нарушения зрения можно предотвратить или вылечить. Бионический глаз – один из современных высокотехнологичных методов восстановления потерянного зрения при некоторых формах слепоты.

Что такое бионические протезы?

Современные наука и медицина позволяют создавать протезы, которые по внешнему виду и функциям похожи на настоящие органы или конечности. Такие протезы и имплантаты называют бионическими. Определенные успехи в этой области достигнуты при разработке бионических рук и ног, искусственных сердца, уха и сетчатки глаза.

Бионический глаз представляет собой искусственную зрительную систему для восстановления потерянного зрения. Это уникальная возможность вернуть зрение даже слепым людям, у которых сохранены здоровые клетчатки сетчатки и действует естественный путь передачи данных от сетчатки к мозгу. Такие имплантаты предназначены, прежде всего, для пациентов, которые ослепли из-за дегенеративных заболеваний сетчатки.

В пожилом возрасте может развиваться возрастная дегенерация сетчатки. При этом светочувствительные рецепторы глаза начинают атрофироваться – перестают реагировать на свет, и человек слепнет. Вместе с тем, нервные клетки сетчатки не погибают. Благодаря этому можно создать искусственную систему для восстановления зрения.

Одной из ведущих причин слепоты является скотома. Это пятнообразный дефект, который расположен в поле зрения глаза. Скотома вызвана болезнями сетчатки или зрительного нерва, глаукомой.

Добрый день, подскажите пожалуйста, моей бабушке поставили диагноз глауком, положили в больницу на 10дней, покололи уколы в глаза и выписали, но к сожалению, у бабушки продолжнается боль, это нормально, оно потом отпустит или нужно что то делать? 18 October 2013, 17:25 Добрый день, подскажите пожалуйста, моей бабушке поставили диагноз глауком, положили в больницу на 10дней, покололи уколы в глаза и выписали, но к сожалению, у бабушки продолжнается боль, это нормально, оно потом отпустит или нужно что то делать?? Заранее спасибо за ответ.

Как работает бионический имплантат глаза?

Эта система позволяет компенсировать потерянные зрительные ощущения при полной или неполной потере зрения. Для этого в глаз с поврежденной сетчаткой вживляется имплантат – протез сетчатки, который дополняет саму сетчатку с оставшимися в ней неповрежденными нервными клетками.

При полной слепоте одним из ключевых компонентов системы являются специальные очки со встроенной камерой. Информация с камеры поступает на видеопроцессор, который пациент носит на поясе. Процессор преобразует изображение в сигнал и посылает его на передатчик, встроенный в очки. Затем этот передатчик по беспроводной сети отправляет сигнал на электронный ресивер, встроенный в глаз и электроды фотосенсора, вживленного в сетчатку. Электроды фотосенсора стимулируют функционирующие зрительные нервы сетчатки. Электронные сигналы по зрительным нервам поступают в головной мозг пациента.

Успехи в применении

В августе 2008 года проведена первая операция по пересадке бионического имплантата глаза под названием Argus II, разработанного компанией «Second Sight», США. В рамках испытаний пациентом стал 76-летний англичанин, который из-за наследственной болезни был слеп последние 30 лет. После операции мужчина начал видеть проблески света и, по его словам, научился отличать белые и серые носки от черных.

В декабре 2009 года одним из участников испытаний новой технологии стал 51-летний житель Великобритании Питер Лэйн. Ему в глаз имплантировали электронные фотодатчики, которые посылают в мозг сигналы, собираемые очками. Благодаря этому мужчина впервые за 30 лет смог различить очертания объектов, распознавать буквы.

В 2012 году ученые из Bionic Vision Australia впервые имплантировали прототип электронного бионического глаза женщине с неизлечимым заболеванием – наследственной пигментной дистрофией сетчатки. Эта система оснащена 24 электродами и кабелем, который соединяет его с приемным устройством, расположенным за ухом. Главный недостаток этого прототипа − возможность передавать только черно-белое изображение.

Улучшенный имплантат Argus II уже доступен к использованию в Европе. Операция по его установке длится 4 часа, ее стоимость составляет около 115 тыс. долларов. Имплантат оснащен 60 электродами, что позволяет различать грубые формы предметов и крупные буквы, а также следить за перемещением объекта.

Компания Retina Nano выпустила систему под названием Bio-Retina. Операция по имплантации длиться около 30 минут и выполняется под местной анестезией. Датчик оснащен 576 электродами и позволяет мозгу воспринимать уровни серого.

Усовершенствование бионических имплантатов глаз продолжается. Увеличение количества электродов позволит повысить разрешение, а усовершенствование датчиков – получить цветное зрение.