Участник:Миг/Бионический глаз

Рис.1, Бионический глаз при относительой скотоме

Бионический глаз — искусственная зрительная система для восстановления потерянного зрения. В глаз с поврежденной сетчаткой, например, при скотоме, вживляют имплантант — протез сетчатки глаза, дополняя саму сетчатку c оставшимися в ней неповрежденными нейронами (рис. 1, 2).

Скотома

Рис.2, Бионический глаз 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.

Иногда скотомой называют также и слепое пятно — область на сетчатке, соответствующая диску зрительного нерва (т. н.физиологическая скотома).

Различают:

• 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:

• как искусственная зрительная система для восстановления не полностью потерянного зрения. В глаз с поврежденной сетчаткой вживляют имплантант — протез сетчатки глаза, дополняя саму сетчатку c оставшимися в ней неповрежденными нейронами (рис. 1).
• как искусственная зрительная система для восстановления полностью потерянного зрения (рис. 2).

Где:

1. Видеокамера, передающая оптическое изображение на видеопроцессор;
2. Видеопрцессор преобразует и передаёт оптическое изображение в виде видеосигналов на передатчик 2 в очках;
3. Пересылка электронного сигнала на ресивер в глазу;
4. Полученная информация через миниатюрный проводник передаётся на электроды фотосенсора 4 (фотодатчика), вживлённого в сетчатку;
5. Электронные сигналы по зрительным нервам проходят в головной мозг человека.

Проверить наличие скотомы можно самостоятельно, проведя исследование с помощью теста Амслера.

В чем проблема?

У людей в пожилом возрасте иногда начинается возрастная деградация сетчатки глаза, при которой светочувствительные элементы палочки, колбочки начинают атрофироваться, т.е. перестают реагировать на свет. Наступает полная слепота. При этом нервные клетки сетчатки глаза не погибают. Современный уровень технологии позволяет использовать специальную полимерную пластинку с фотодиодами, с которой можно направлять слабые электрические импульсы 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 дисплея с инфракрасными лучами изображения, очков с дихроидными стеклами 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 камера (1), с которой информация посылается на видеопроцессор (2), который пациент носит на поясе. Процессор преобразует картинку в электронный сигнал и отсылает его на специальный передатчик, также встроенный в очки. Затем этот передатчик посылает беспроводной сигнал на тончайший электронный ресивер(3), встроенная в глаз и фотосенсор (электродная панель)(4), который имплантирован в сетчатку глаз пациента.

Электроды фотодатчика стимулируют оставшиеся действующие зрительные нервы сетчатки глаза , посылая электрические видеосигналы в мозг через зрительные нервы.

Дэниел Паланкер

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

Дэниел Паланкер (Daniel Palanker) 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) или "Бионический глаз" (Bionic Eye) (cм.Рис.3) для «бионического глаза»(см.Рис.1,2).,

Деятельность и интересы

Деятельность:

• Искусственный объект — Оптикоэлектронный, Относящийся к сетчатке глаза Протез,
• Взаимодействия Лазерной ткани — механизмы и использования,
• Последовательный Антитопит Raman,
• Электронный Контроль Васкулатуры.

Профессионольные интересы:

• Эффекты пульсируемой электрической области на каналах иона и клеточных мембранах,
• Нервные гальваностереотипом Интерфейсы,
• Взаимодействия лазерной ткани,
• Установленные плазмой микрохирургические технологии,
• Минимально-агрессивные электрооптические, терапевтические технологии
• Оптическое отображение и спектроскопия.

Имплантант

Рис.3

Имплантант (рис. 3) — это спецальный фотодатчик со встроенными электродами, которые реагируют на оптическое изображение от видеокамеры, проходящее через хрусталик глаза и фокусируемое на сетчатку с дополнительно вживленным имплатируемым — полименрным фотодатчикком в сетчатку глаза или в случае полной слепоты, когда фотодатчик получает электронные импульсы изображения по тончайшим проводниках от специального вмонтированного в глаз ресивера (3) (см. Рис.2). Одновременно в настоящее время опробывается дырчатая полимерная матрица — имплантант из специального материала с количеством фотодиодов пока еще в 2,5 тысяч на квадратный мм (общая площадь 3 мм²) (рис.3). Здоровый глаз содержит на сетчатке глаза порядка 6—7 млн колбочек (на площади около 6 мм²) и 110—125 млн палочек — светочувствительных элементов (фоторецепторов) (в переводе на матрицу = 100 мегапикселям). Но в мозг человека идет около 1 млн нервных окончаний, по которым идут импульсы обработанных аналоговых сигналов оптического изображения на сетчатке. При этом попадающие 10 этих сигналов перерабатываются в самой сетчатке глаза (в фотосенсорах цифровых фотоаппаратов, полученные аналоговые сигналы обрабатываются при помощи специального аналогового преобразователя). Таким образом, получив такой имплантант, можно вернуть глазу 100% зрение (острота зрения 1:1 или относительная единица в медицине 20:20). В случае 20:400 = 0,05, то это — «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 квдратный 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 расстоянииот от нервных клеток. Применение конструкции полимерных матриц с отверстиями 15-40 мкм (рис. 2) при имплантации 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, бликзо подходя к электродам. Это позволило внедрить данный фотодатчик.

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

Восприятие изображения

Существовавший ранее метод использовал передачу изображения с фотокамеры напрямую, установленную на лбу человека. При этом спроецированное изображение воспринималось фотодатчиком и сигнал изображения передавался при помощи ста пикселей через нервные клетки в мозг. Однако, вращение глаза, дрожание вызывали не совпадение с тем, что происходит при естественном движении яблока глаза и тем, что видит видеокамера.

• По технологии (рис. 1) 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 инфракрасного излучения светодиодно-жидкокристаллического дисплея, с числом точек в несколько тысяч. Этот поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного перед глазами, проходит через хрусталик и попадает на фотодиоды имплантата — фотосенсора в сетчатке глаза. Они усиливают сигнал, используя энергию от крошечной солнечной батареи, имплантированной в радужку глаза.

Инфракрасные лучи человек не видит. Но результат воздействия электрических импульсов на клетки сетчатки он воспринимает как изображение. Сам фотодатчик имеет размер 3 мм и покрывает 10% поля зрения в центре сетчатки. Вся суть в том, что благодаря очкам из дихроидного зеркала у человека сохраняется естественное восприятие сцены перед ним при помощи еще живыми фоторецепторами, которые ещё работают в глазу (периферийным зрением), вместе с наложенным отдельно изображением от камеры. И небольшие частые движения глаз сохраняют свою функциональность. Человек сам смотрит как на объект непосредственно и в то же время на электронное инфракрасное изображение. При этом положение этого изображения на сетчатке и внедрённой решётке электродов меняется вместе с движением головы. Т.е. имплантант работает в условиях максимального использования оставшегося периферийного зрения.

• По технологии (рис. 2):

1. Камера на очках записывает картинку и посылает информацию на видео процессор, 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 ресивер в глазу человека.

4. Эта информация посылается через крошечный проводок на электроды, присоединенные к сетчатке глаза. Электрические импульсы проходят через оптический нерв в мозг человека.

Достижения

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 металлической основе с 16-тью электродами. 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

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..

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 не только периферийного зрения, но при полной приобретенной скотоме , ,

Только факты

• 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, который изобрели американские учёные. ,
• 

  Питер Лейн c бионическим глазом
  ‎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 (Рис.2)позволила англичанину впервые за 30 лет увидеть очертания объектов, например, дверь, шкаф, а также даже распознавать буквы.

См. также

• Зрение
• Зрение человека (современный взгляд)
• Глаз
• Офтальмология