Od implantów ślimakowych do bionicznego wzroku

Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (UNSW) prowadzą badania nad neuroprotezami, czyli urządzeniami oddziałującymi z układem nerwowym tak, aby odtworzyć funkcje utracone na skutek chorób bądź urazów. Popularnym przykładem takiego urządzenia jest implant ślimakowy, który po wszczepieniu w ucho wewnętrzne stymuluje nerw słuchowy i umożliwia odbiór dźwięków przez mózg. W podobnym duchu zespół z UNSW bada możliwość przywrócenia wzroku ludziom z uszkodzonymi fotoreceptorami, które zamieniają światło na sygnały elektryczne, wysyłane następnie do mózgu. Rozważana technologia opiera się na wykorzystaniu czujników obrazu zapewniających wysoką rozdzielczość i głębię kolorów. Problemem jest ich zasilanie. Rozwiązaniem mogą być panele zdolne do bezpośredniego przekształcania światła w energię elektryczną.

Udo Römer, inżynier specjalizujący się w fotowoltaice, podkreślił potencjał implantów biomedycznych w leczeniu chorób, takich jak barwnikowe zwyrodnienie siatkówki i związane z wiekiem zwyrodnienie plamki żółtej, prowadzące do degeneracji fotoreceptorów i stopniowej utraty wzroku. Przypadkowe spotkanie Römera ze studentem biomedycyny zainspirowało go do rozważenia zastosowania paneli słonecznych w neuroprotezach, po czym dzięki dalszym dyskusjom i badaniom zaczął zastanawiać się nad możliwością wykorzystania wielozłączowych ogniw słonecznych w innym celu. Römer i jego zespół doszli do wniosku, że ułożenie ogniw słonecznych może zwiększyć napięcie do poziomu wystarczającego do stymulacji neuronów. Badacz wskazał, że problematykę dotyczącą zasilania urządzeń implantowanych da się przezwyciężyć przez zastosowanie materiałów, takich jak arsenek galu, które umożliwiają układanie ogniw w stosy dla lepszego wykorzystania światła i osiągnięcia wyższej rozdzielczości. Projekt wspierany przez Australijską Radę ds. Badań Naukowych znajduje się obecnie na etapie weryfikacji koncepcji, z obiecującymi wstępnymi wynikami z laboratorium. Przyszłe testy mają na celu zminiaturyzować technologię do rozmiarów umożliwiających implantację, z pikselami o wielkości ok. 50 mikrometrów. Niemniej Römer zaznaczył, że urządzenie to pozwala na widzenie jedynie w niskiej rozdzielczości – w czerni i bieli. Możliwe, że pacjenci będą musieli nosić gogle lub inteligentne okulary, współpracujące z ogniwami słonecznymi, wzmacniające światło słoneczne do intensywności wymaganej do efektywnej stymulacji neuronów. Mimo że ta technologia pozostaje w fazie rozwoju, to jej potencjał do poprawy jakości życia osób cierpiących na określone choroby oczu jest ogromny. Jak twierdzi Römer, droga do zastosowania tych urządzeń u ludzi jest jeszcze długa, a ich rozwój ma na celu wyłącznie kwestie medyczne, dalekie od fantastyki naukowej czy wizji cyborgów.

Przełom w przywracaniu wzroku

Innowacyjne rozwiązania w dziedzinie okulistyki rozwijają się zaskakująco szybko, dając nadzieję osobom z poważnymi problemami wzrokowymi, a nawet tym, którzy stracili wzrok. Jednym z najnowszych osiągnięć, które może zrewolucjonizować sposób, w jaki podchodzimy do leczenia niewidomych, jest przełomowa praca badaczy z Politechniki Federalnej w Lozannie. W centrum ich zainteresowania znajduje się nowa forma implantu siatkówkowego, która, we współpracy z zaawansowaną technologią noszoną na głowie – specjalnymi okularami wyposażonymi w kamerę i mikrokomputer – obiecuje duże postępy w przywracaniu wzroku. Okulary za pomocą wbudowanej kamery rejestrują obraz, który następnie mikrokomputer przekształca w sygnały świetlne. Sygnały są przesyłane do implantu siatkówki, który stymuluje komórki siatkówki i umożliwia niewidomej osobie percepcję obrazu złożonego z kropek światła, analogicznie do obserwacji gwiazd na nocnym niebie. Dzięki tej technologii niewidomi mają szansę nauczyć się rozpoznawania wzorców i kształtów. Rozpoczęte w 2015 r. prace badawcze nad tą technologią nie zostały jeszcze zastosowane w praktyce klinicznej, ale zespół z Lozanny opracował symulację wirtualnej rzeczywistości, która ma na celu zobrazowanie tego, co mogliby zobaczyć pacjenci po „zamontowaniu” u nich takich urządzeń. Przygotowany implant siatkówkowy może pochwalić się imponującą liczbą 10,5 tys. elektrod. To duży krok w kierunku zapewnienia wysokiej rozdzielczości widzenia. Jednym z największych wyzwań było ustalenie optymalnej liczby elektrod, która umożliwiłaby stworzenie wystarczająco precyzyjnego obrazu. Było to konieczne w celu zapewnienia, że punkty światła znajdą się na tyle blisko siebie, by stworzyć spójny obraz, a zarazem będą na tyle oddalone, aby użytkownik mógł rozróżnić elementy widzianego obrazu. Ta pionierska technologia otwiera nowe perspektywy dla osób dotkniętych ślepotą. Choć przed badaczami jeszcze dużo pracy, ich podejście już na tym etapie tchnie nadzieję w przyszłość.

Sztuczny wzrok

Sztuczny wzrok na styku najnowszych technologii medycznych i inżynierii biomedycznej to dynamicznie rozwijający się sektor, który korzysta z zaawansowanych urządzeń i systemów w celu symulacji funkcji wzrokowych ludzkiego oka, a ostatecznie – odtworzenia zdolności widzenia. Opiera się na narzędziach typu: implanty siatkówki, urządzenia do stymulacji nerwu wzrokowego oraz zaawansowane systemy optyczne współpracujące z elektroniką. Jego podstawą jest przetwarzanie obrazów z kamery zewnętrznej na sygnały elektryczne, następnie przekazywane do mózgu poprzez implanty w oku lub bezpośrednio do nerwu wzrokowego. Ważną składową tych systemów jest mikrochip siatkówki, czyli niewielkie urządzenie wszczepiane chirurgicznie, imitujące działanie zdrowych fotoreceptorów. Przykładowo pacjenci, którzy utracili wzrok na skutek zdegenerowanych fotoreceptorów, mogą częściowo odzyskać zdolność do rozpoznawania światła i cienia, a nawet identyfikowania prostych kształtów i liter. Choć pełne przywrócenie wzroku nadal pozostaje marzeniem i przedmiotem badań, te wstępne sukcesy wskazują na duży krok naprzód.