Содержание
Бионические глаза и нейропротезы: как технологии возвращают зрение слепым
Порядка 40 млн слепых людей во всем мире нуждаются в технологиях, которые могут вернуть способность видеть. Однако до сих пор не существует доступного способа протезирования зрения
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.
- Second Sight Medical Products, США
- Pixium Vision, Франция
- Retina Implant AG, Германия
Так выглядели первые ретинальные импланты
(Фото: DPG Media)
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.
Субретинальный имплантат Alpha AMS компании Retina Implant AG
(Фото: ResearchGate)
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:
- Улучшенный имплант DRY AMD PRIMA компании Pixium с увеличением количества электродов для стимуляции большего количества клеток сетчатки проходит клинические испытания. Для участия в программе испытаний еще ищут пять кандидатов;
- Retina Implant AG закрыли производство;
- Second Sight проводят клинические испытания своего кортикального импланта, но в марте 2020 года компания уволила 80% сотрудников из эксплуатационно-производственного подразделения.
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.
Фотогальванический имплант Polyretina
(Фото: Nature Communications)
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
В России в 2017 году при поддержке фондов «Со-единение» и «Искусство, Наука и Спорт» было приобретено и установлено два ретинальных импланта Argus II американской компании Second Sight. Это единственные операции по восстановлению зрения, которые были проведены в России за все время. Каждая операция вместе с реабилитацией стоила порядка 10 млн руб, а сама система имплантации для одного пациента — порядка $140 тыс. Все прошло успешно, и два полностью слепых жителя Челябинска — Григорий (не видел 20 лет) и Антонина (не видела 10 лет) — получили предметное зрение. Предметное зрение означает, что человек может видеть очертания предметов — дверь, окно, тарелку — без деталей. Читать и использовать смартфон они не могут. Оба пациента имели диагноз «пигментный ретинит» (куриная слепота).
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.
Первый кортикальный имплант
(Фото: The Journal Of Physiology)
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.
Система кортикальной имплантации Orion компании Second Sight
(Фото: Prosthetic Body)
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.
Кортикальный имплант CORVITIS
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.
Интракортикальный зрительный протез (WFMA)
(Фото: Chicago LightHouse)
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.
Бионические глаза: как ко мне вернулось зрение
- Роуз Эвелет
- BBC Future
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, Thinkstock
Что чувствует человек, вновь прозревший после многих лет слепоты? Корреспондент
BBC Future побеседовала с женщиной, которой вернули зрение при помощи сверхсовременного оптического протеза.
Фрэн Фултон 66 лет, последние десять лет она была полностью слепа. Но пару месяцев назад ее жизнь изменилась.
Фултон страдает от пигментного ретинита: при этом заболевании светочувствительные клетки сетчатки постепенно отмирают. Она теряла зрение постепенно, в течение нескольких лет, а последние 10 лет совсем ничего не видела. В конце июля ей имплантировали систему под названием «Аргус-2». Оснащенные камерами очки подключены к электродам, вживленным в ее глазные яблоки, и через них в мозг поступает визуальная информация. С помощью этого устройства она вновь может видеть. Какие же ощущения она при этом испытывает?
«Когда они меня «включили», у меня захватило дух, — говорит Фултон. — Я была ошеломлена и потрясена, мое сердце забилось так быстро, что я даже положила руку на грудь — боялась, что оно выскочит!»
Видеокамеры постоянно совершенствуются, наши знания о зрении углубляются — а вместе с этим оттачиваются технологии восстановления зрения у слепых.
Устройства, подобные «Аргусу-2», работают вместо незрячих глаз. Они не могут сравниться со здоровыми глазами и их пока мало (в США эти системы носят всего шесть человек), но специалисты надеются, что со временем такие устройства смогут помочь все большему количеству незрячих людей.
Система «Аргус-2» состоит из трех компонентов: пары очков, преобразователя сигнала и набора электродов. Очки не имеют корректирующих линз — они просто служат держателем для камеры. Камера, в свою очередь, не сложнее той, что стоит в обычном смартфоне. Изображение с камеры передается в преобразователь — его можно носить в кармане или сумочке. С него сигнал поступает на электроды, вживленные в сетчатку пациента. По сути, «Аргус-2» посылает визуальную информацию в обход уничтоженных пигментным ретинитом клеток.
Автор фото, Second Sight
Подпись к фото,
Так выглядит электрод, установленный на сетчатку
Роберт Гринберг, глава разработавшей эту систему компании Second Sight, поясняет, что человеческий глаз похож на слоеный пирог.
В одном из этих слоев находятся светочувствительные элементы, так называемые колбочки и палочки — у зрячих людей они воспринимают свет и трансформируют его в визуальную информацию. У людей с пигментным ретинитом эти клетки мертвы. «В обход этих клеток мы передаем информацию в следующий слой пирога», — упрощает Гринберг.
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
Для этого «Аргусу-2» нужно преобразовать картинку с камеры в сигналы, которые поступят на вживленные в сетчатку электроды — и при этом так, чтобы мозг смог их расшифровать. На эту тему Гринберг написал диссертацию. По его словам, практика оказалась даже сложнее теории: нужно было разработать технологию вживления электродов в тончайший слой сетчатки внутри глаза.
«Сетчатка не толще папиросной бумаги, — поясняет он. — Очень непросто создать элемент, который можно на ней закрепить, не вызывая повреждений. Это задача куда более сложная, чем разработка алгоритмов».
С точки зрения пациента все выглядит гораздо проще. Хирургическая операция по вживлению электродов занимает несколько часов, и в тот же день можно выписаться — уже с имплантатом в глазу, закрепленным миниатюрным крепежом толщиной с волос. Примерно через неделю, когда все заживет, пациент возвращается, чтобы получить очки, настроить электроды и научиться пользоваться системой. На коробке-преобразователе есть регуляторы, позволяющие настроить яркость, контраст и другие параметры. После этого можно идти домой — с новыми бионическими глазами.
Зрение в пикселях
Что же видят люди, пользующиеся «Аргусом-2»? Разработчик Гринберг говорит, что это составленное из точек изображение похоже на то, как если бы вы смотрели вблизи на электронное табло.
В нем есть светлые и темные зоны, из которых мозг формирует в цельную картину.
Автор фото, Thinkstock
Подпись к фото,
Своими новыми глазами Фрэн Фултон видит электрические импульсы, которые надо научиться интерпретировать
Носитель устройства, Фрэн Фултон, говорит, что описать видимую ей картину довольно сложно. «Говорят, что ты видишь очертания предметов. Ну в целом да, но это электрические импульсы, и их нужно учиться интерпретировать. Это несложно, но нужно привыкнуть. Вот я и учусь», — рассказывает она.
По ее словам, в первую очередь видна разница между темными и светлыми зонами. Недавно она была на ужине с приятелями. Когда компания выходила из ресторана, Фултон смогла идти за ними, ориентируюсь на светлую рубашку одного из них. «Мне не нужно было прибегать к помощи поводыря, я просто смогла пойти вслед за ними», — говорит она. Другие пациенты отмечают, что особенно хорошо видны с помощью «Аргуса» фейерверки и праздничные огни.
«С нетерпением жду возможности сходить на фейерверк. Я их сто лет не видела и с радостью посмотрела бы», — признается Фултон.
Она, как и многие другие реципиенты бионических глаз, ходит на специальные занятия, позволяющие улучшить зрение и приучить мозг лучше распознавать электронные сигналы.
Работа Фултон связана с защитой прав инвалидов. Она говорит, что перемещаться по офису ей стало гораздо проще: «Помню, я в первый раз выходила с работы с моим новым устройством. Я работаю на третьем этаже, там есть три лифта. Я услышала, как один из них пришел — прозвучал звонок, что лифт едет вниз. Я нашла дверь и нормально вошла в нее — не зацепилась ни левым, ни правым плечом, и тросточку мне не нужно было использовать. Каждый день приносит новые радости, и я уж не думала, что моя жизнь так перевернется».
Фултон долгие годы пользовалась тростью, чтобы находить препятствия на пути, но сейчас она куда лучше ориентируется в окружающей среде. «Я теперь могу различать дверные проемы и объекты на улице.
Не отличу вазона с цветами от бездомного, просящего милостыню, но точно знаю, что вижу какой-то объект», — говорит она.
Спасительные технологии
Система «Аргус-2», конечно, не идеальна: как минимум она черно-белая. И полной картинки в мозг она не поставляет – ее обладатели, как правило, не могут читать текст, узнавать лица или распознавать объекты. «Я довольно успешно отличаю треугольники от кругов и квадратов», — хвастается Фрэн Фултон.
Автор фото, Thinkstock
Подпись к фото,
Таких людей, как Фрэн Фултон, в США пока всего шесть. Большинству людей пока доступны лишь обычные операции по восстановлению зрения
К тому же, «Аргус-2» может помочь не всем слепым — для успешной работы системе необходима функционирующая сетчатка. Те, кто потерял зрение из-за диабета, глаукомы или инфекции, и те, чья сетчатка повреждена, не смогут пользоваться «Аргусом».
Гринберг говорит, что его компания Second Sight сейчас работает над новым имплантатом, который действует в обход сетчатки — его электроды должны вживляться непосредственно в отвечающие за зрение мозговые доли.
Но для тех, кто годами ничего не видел, очень важно вновь уметь различать даже простейшие очертания и формы. «Я с нетерпением жду встречи с внуками, — говорит Фрэн Фултон. — Их лиц я не разгляжу, но я знаю, что им будет весело просто играть со мной в игру «Бабушка, найди меня» — а я смогу отличить четырехлетнего от семилетнего».
Прочитать
оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте
BBC Future.
Bionic Glasses — Увеличительные очки — Средства для чтения
Bionic Glasses — Увеличительные очки — Средства для чтения — Easy Comforts
Дом
Здоровье и благополучие
Зрение и уход за глазами
Мгновенно увеличивает объекты до 400%.
348200
Наведите курсор на изображение, чтобы увеличить или нажмите, чтобы увеличить
Нужна помощь?
Просмотрите наш раздел помощи
здесь.
Позвоните нам! 1-855-202-7391
Легкий возврат
Возврат прост в .
Ознакомьтесь с нашей полной политикой
здесь.
Проверить
Вопросы и ответы клиентов
для этого продукта, расположенного на этой странице
Отзывы клиентов
Вопросы и ответы клиентов
Отзывы клиентов
Вопросы и ответы клиентов
Нужна помощь?
Просмотрите наш раздел помощи
здесь.
Позвоните нам! 1-855-202-7391
Легкий возврат
Возврат прост в . Ознакомьтесь с нашей полной политикой
здесь.
Проверить
Вопросы и ответы клиентов
для этого продукта, расположенного на этой странице
Ученые позволили слепым «видеть» с помощью бионических очков следующего поколения .
11. 1. 19 / Victor Tangermann
Изображение Second Sight
Устройства
Этим летом ученые использовали очки с камерами и массивы электродов для отправки визуальных данных непосредственно в мозг слепых пациентов. Компания Second Sight производит аналогичный имплантат, который, по ее утверждению, используется 350 пациентами по всему миру. Но эти эксперименты не дали пациентам ничего похожего на обычное зрение.
«Ни один из пациентов не отказался от своей белой трости или собаки-поводыря», — сообщил Science эксперт по зрительным протезам из Стэнфордского университета Даниэль Паланкер. «Это очень низкая планка».
Но сейчас исследователи работают над устройством нового поколения, которое, по их словам, может вернуть слепым большую часть их зрения.
Паланкер и его команда создали имплантат сетчатки с 400 фотодиодами — думайте о них как о «пикселях», — которые дали участникам, которым имплантировали это устройство год назад, возможность распознавать объекты на столе и читать буквы на экране.
Наука .
Палантер и его команда представили видео своих открытий на ежегодном собрании Общества нейробиологов в Чикаго на прошлой неделе.
Новое устройство не будет работать у пациентов, потерявших зрение из-за травмы или повреждения зрительного нерва. Это сработает только на пациентах, у которых сохранилась большая часть путей, обеспечивающих зрение, за исключением их фоторецепторов.
Фоторецепторы — это только первый шаг на длинном сенсорном пути, поскольку зрительная информация передается от глаза к мозгу. Фоторецепторы отвечают за отправку сигналов специальным клеткам в задней части глаза, которые затем передают эту информацию через зрительный нерв в мозг.
Многие распространенные заболевания, включая дегенерацию желтого пятна и отслойку сетчатки, вызывают разрушение фоторецепторов, но не затрагивают остальную часть сенсорного пути. Устройства, подобные устройству Палантера, используют этот оставшийся сенсорный путь.
Если разрушены не только фоторецепторы пациента, необходимы обходные пути.