Kłopoty ze wzrokiem to problemy o charakterze globalnym

Dysfunkcje wzroku są coraz poważniejszymi przypadłościami, szczególnie w krajach wysoko rozwiniętych. Wynika to m.in. ze starzenia się społeczeństw, ale także negatywnych oddziaływań środowiskowych (używania monitorów czy przebywania w klimatyzowanych pomieszczeniach). Ponadto sprawy nie ułatwiają różnego rodzaju schorzenia, do których można zaliczyć przykładowo: choroby plamki żółtej, zaćmę, krótkowzroczność bądź zanik nerwu wzrokowego. Co gorsza, ze statystyk wynika, że ok. 36 mln ludzi żyjących na świecie (dane aktualne na mniej więcej 2017 rok) nie widzi, a do połowy tego stulecia liczba ta ma zaś jeszcze znacznie wzrosnąć.

Jak uważa Światowa Organizacja Zdrowia, nawet 85 proc. zaburzeń widzenia można jednak zapobiec. W jaki sposób? Chociażby poprzez wdrożenie działań diagnostycznych i leczniczych o charakterze kompleksowym. Niestety czasami na wprowadzenie w życie środków zaradczych jest już za późno. Gdy problemu nie da się w porę rozwiązać, nie pozostaje nic innego, jak wspomagać się nowinkami technologicznymi. Ich odpowiednie zastosowanie może przełożyć się bowiem przede wszystkim na poprawę jakości życia osób zmagających się z trudnościami we wskazanym obszarze.

Implant mózgowy Orion

Naukowcy z Baylor College of Medicine w Teksasie już wiele lat temu rozpoczęli prace nad nietypową protezą – implantem mózgowym o nazwie Orion, docelowo mającym znaleźć zastosowanie w przypadku osób, które wzrok straciły podczas życia i u których nie doszło do uszkodzenia kory wzrokowej. Jak wyjaśnił Daniel Yoshor, mózgi zawierają różne mapy pola widzenia, a każdy punkt na świecie postrzeganym oczami ma odpowiadające mu miejsce w mózgu, które reprezentuje jego położenie przestrzenne. Orion w szczególności składa się z elementów takich jak okulary, w których znajduje się kamera rejestrująca obraz oraz implant wszczepiony w korę mózgową, z tyłu czaszki. Obraz z kamery za pośrednictwem kilkudziesięciu elektrod jest przesyłany bezpośrednio do mózgu pacjenta, przy czym omija drogę wiodącą przez uszkodzone nerwy wzrokowe. Zastosowanie opisanego rozwiązania w założeniu ma umożliwić osobie niewidzącej rozpoznawanie kształtów, a tym samym – ułatwić jej poruszanie się w różnych przestrzeniach.

Zespół neurochirurgów z Baylor College of Medicine, korzystając ze współpracy z badaczami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, na sześciu pacjentach z nabytą ślepotą przeprowadził specjalne testy. Opierały się one na prostych założeniach: w ciemnym pokoju umieszczono monitor, na którego ekranie w różnych miejscach pojawiał się biały kwadrat. Zadanie każdej z osób poddawanej eksperymentowi koncentrowało się zaś na prawidłowym wskazaniu umiejscowienia elementu. Jak się okazało, w większości przypadków pacjenci poprawnie odczytywali położenie punktu, co dowiodło, że implant spełnia swoją funkcję. Opisana próba nie była jednak jedyną. Dodatkowo działanie implantu testowano także w domach czy podczas spacerów – podobno użytkownicy byli w stanie stwierdzić, w którym miejscu kończy się np. chodnik bądź gdzie w ich miejscu zamieszkania stoi kanapa. Jedną z osób biorących udział w testach był Benjamin Spencer – mężczyzna, który z problemem związanym z oczami musiał mierzyć się od wielu lat, gdyż wzrok stracił, będąc w bardzo młodym wieku. Jak stwierdził, nowoczesne narzędzie sprawiło, iż mógł on rozpoznać, gdy w domu zbliżał się do okna bądź drzwi. Ocenił nadto, że obraz generowany przez system jest nieco ziarnisty, jednak umożliwia mu zobaczenie nawet swojej rodziny.

Argus II i Bio-Retina – czym są?

Implant mózgowy Orion, choć w pewnym stopniu przełomowy, nie jest jednak pierwszym poważnym pochyleniem się naukowców nad szeroko pojętą tematyką pomocy osobom, które nie widzą. Inne z przykładów mogą stanowić metody polegające na opracowaniu Argus II. Powstał on w laboratoriach firmy Second Sight, a jako jego główne przeznaczenie widziano pierwotnie pomoc pacjentom dotkniętym retinopatią barwnikową. W przedziale od 2007 do 2009 wszczepiono w 10 ośrodkach w USA Argus II System do jednego oka każdego z 30 pacjentów, a następnie prowadzono 5-letnią obserwację. Jak stwierdzono, najczęstsze poważne powikłania, które występowały, dotyczyły erozji spojówki, a także odwarstwienia siatkówki i hipotonii. Przy tym pojawiały się również, lecz rzadziej, problemy takie jak: podejrzenia zapalenia wnętrza gałki ocznej, zmętnienia rogówki czy rozejścia się spojówki. W przypadku niektórych pacjentów zdecydowano się na usunięcie implantów jeszcze przed końcem okresu obserwacji.

Początkowo system przywracał wzrok, ale wyłącznie w bardzo podstawowej formie. W nowszej, bardziej zaawansowanej wersji, umożliwił jednakże już rozpoznawanie pacjentom liter i cyfr. Na Argus II zasadniczo składają się: implant umieszczany w tylnej części gałki ocznej, okulary z kamerą oraz urządzenie odpowiedzialne za przetwarzanie danych wizualnych. Kamera rejestruje świat z perspektywy użytkownika, a następnie zebrany materiał przekazuje do urządzenia noszonego przez użytkownika na pasku wokół klatki piersiowej bądź brzucha. Obraz jest bardzo prosty – jedna klatka ma zaledwie 60 pikseli. Pozyskany widok w czasie rzeczywistym jest przetwarzany na mapę jasności i przesyłany za pomocą fal radiowych do implantu umieszczonego na opasce w tylnym biegunie gałki ocznej. Następnie elektrody umiejscowione w okolicach plamki po przetworzeniu danych o mapie jasności na impulsy elektryczne przesyłają pobudzenie – odbierane później przez zachowane komórki zwojowe siatkówki. Proces odbywa się z pominięciem uszkodzonych fotoreceptorów. Co więcej, system opracowano w taki sposób, by bez konieczności narażania pacjentów na dodatkowe, poważne ingerencje poprawić w przyszłości rozdzielczość widzenia – ma się to odbywać poprzez wymianę modułów umieszczonych w okularach. Według twierdzeń naukowców zaangażowanych w działanie i zgodnie z wynikami uzyskanymi podczas testów rozwiązanie oferowane w ramach Argusa II cechuje się żywotnością przez okres ok. 40 lat, jednak, jak dodają, nie spoczywają na laurach, gdyż ich ambicja skupia się na stworzeniu bionicznego oka, które będzie działać do końca życia jego użytkownika.

Osobom mającym poważne problemy z widzeniem ma pomóc także system znany pod nazwą Bio-Retina. W tym przypadku matryca z elektrodami ma być wszczepiana podczas zabiegu wykonywanego w znieczuleniu miejscowym. Szczególne zaawansowanie rozwiązania polega zaś na umieszczeniu w szkłach okularów źródła słabego promieniowania, w bliskiej podczerwieni, gdzie wiązka światła ma być przesyłana przez źrenicę – do czujnika zainstalowanego na siatkówce. To sposób rozwiązania problemu zasilania elektrod i procesora sygnałów umieszczonego w oku. Docelowo posunięcie ma sprawić, że użytkowanie systemu nie będzie wiązało się koniecznością modyfikacji bądź zmiany zasilania za jakiś czas, a tym samym – przełoży się na komfort pacjenta. Dodatkowo, jak zapewnia Nano-Retina, firma odpowiedzialna za stworzenie systemu, przesyłanie wiązki światła przez źrenicę jest działaniem nieszkodliwym.

Choć opisane systemy mogą być pomocne, w przypadku każdego z nich kwestią dość mocno utrudniającą powszechne zastosowanie jest cena. Wskazane przykłady nie należą bowiem do najtańszych. Jakiś czas temu za sprawą specjalistów pracujących na University of Minnesota pojawiła się jednak iskierka nadziei na możliwość szerszego zaimplementowania nowoczesnego rozwiązania. Zespół rozpoczął wszakże pracę nad budową pierwszego bionicznego oka z myślą o masowej produkcji. Stworzenie prototypu rozpoczęło się od małej szklanej kulki, którą proporcjami zbliżono właśnie do wielkości ludzkiego oka, a następnie, korzystając z drukarki 3D, naniesiono na nią specjalny atrament ze srebrnych cząstek. W ramach powziętych działań naukowcy skorzystali także z atrybutów półprzewodnikowych materiałów polimerowych służących do drukowania fotodiod, przekształcających światło w energię elektryczną. Praca zespołu skupiła się na usprawnieniu technologii i produkcji półprzewodników o większej efektywności konwersji, co docelowo ma sprawić, że działania elementu zastępczego dorównają oczom naturalnym. Finalnie zaś fotodetektory będą wszczepiane bezpośrednio w gałki oczne osób potrzebujących pomocy w tym zakresie, dzięki czemu ludzie tacy nie tylko odzyskają pełnię wizji, lecz ma być ona nawet o wiele lepszej jakości od biologicznej.

Holenderski Instytut Neuronauki też chce pomóc niewidomym

Na sprawę dotyczącą pomocy osobom z poważnymi kłopotami z widzeniem nie pozostali obojętni również naukowcy z Holenderskiego Instytutu Neuronauki (NIN), którzy kierowani przez Pietera Roelfsema opracowali implant składający się z 1024 elektrod, co z kolei pozwoliło na uzyskanie bardzo wysokiej rozdzielczości obrazu, w przypadku podłączenia do kory wzrokowej każdej z testowanych dwóch małp. Dzięki temu każda z nich była w stanie dostrzegać różne kształty, m.in. ruchome kropki i litery. Skąd to wiadomo? Badacze wcześniej nauczyli bowiem reagować zwierzęta na określone bodźce – małpy, aby otrzymać nagrodę, musiały przesuwać oczy w określone miejsce. Chociaż monochromatyczne wzory to cały czas duża niedoskonałość, to i tak niewątpliwe stanowią duży postęp w szeroko pojętej nowoczesnej okulistyce. Jak zaznaczono, opracowane urządzenie neuroprotetyczne przyszłości i w wersji ulepszonej może wyglądać jak aparat fotograficzny lub okulary, które wykorzystując sztuczną inteligencję przekształcą obraz otoczenia we wzór, a następnie wyślą go bezpośrednio do mózgu użytkownika.