Aeg pole teie keha sõber. Aastad kulutavad teie juuste värvi, tuhmivad liigesed, kustutavad naha elastsuse. Nende arvukate vanuseastmete seas on aga üks halvimaid nägemise kaotusi.
Vanusega seotud nägemise kaotuse peamiseks põhjuseks on kollatähni degeneratsioon - haigus, mis sööb aeglaselt kesknägemise juures ära, jättes uduse või tumeda augu vaatevälja keskele. Riiklike tervishoiuinstituutide hinnangul kannatab 2020. aastaks haiguse mingis staadiumis ligi kolm miljonit üle 40-aastast ameeriklast. Kuid nägemiskaotus ei piirdu ainult eakatega. Retinitis pigmentosa, geneetiliselt päritud haigus, tabab Ameerika Ühendriikides ka umbes 4000 inimest - nii noori kui vanu.
Haigused on suunatud fotoretseptoritele, mis on varda- ja koonusekujulised rakud silma tagaosas. Need rakud muudavad valguse elektriliseks signaaliks, mis rändab nägemisnärvi kaudu ajju. Makuladegeneratsioon ja pigmendi retiniit lagundavad need fotoretseptorid. Haiguse kõige arenenumate vormide puhul muutuvad paljud abita ülesanded peaaegu võimatuks: teksti lugemine, teleri vaatamine, auto juhtimine, isegi nägude tuvastamine.
Ehkki mõjud on rasked, pole kõik lootused kadunud. Ülejäänud võrkkesta neuronid ja rakud, mis edastavad elektrilisi signaale, jäetakse sageli puutumatuks. See tähendab, et kui teadlased saavad paigaldada seadme, mis võib põhiliselt jäljendada varraste ja koonuste funktsiooni, saab keha saadud signaale ikkagi töödelda.
Teadlased ja arendajad kogu maailmas üritavad just seda teha. Stanfordi meeskond kasutab väikest ja klanitud lahendust: võrkkesta kahjustatud osa alla sisestatakse pisikesed fotodioodimplantaadid, murdosa kogu juuste laiusest.
“See töötab nagu teie katusel olevad päikesepaneelid, muutes valguse elektrivooluks, ” ütleb Stanfordi ülikooli oftalmoloogiaprofessor Daniel Palanker selle töö kohta pressiteates. "Kuid teie külmkappi voolava voolu asemel voolab see teie võrkkesta."
PRIMA koosneb võrkkesta implantaatidest, prillipaaridest koos videokaameraga ja taskuarvutist. (Daniel Palanker Lab) Kopeerituna PRIMA (fotogalvaaniline võrkkesta IMplAnt), ühendatakse minutipaneelid klaasikomplektiga, mille keskel on videokaamera. Kaamera teeb ümbruse pilte ja edastab need töötlemiseks taskuarvutisse juhtmevabalt. Seejärel kiirgavad prillid töödeldud pilte silmadele infrapunakiirguse impulsside kujul.
Pisike ränist "päikesepaneelide" implantaatide rühm - igaüks neist on PRIMA viimases iteratsioonis umbes 40 ja 55 mikronit - võtab IR-valguse ja muundab selle elektriliseks signaaliks, mis saadetakse keha loomuliku neuronite võrgu kaudu ja muundatakse pilt ajus.
Seadme testimiseks implanteeris meeskond rottidele pisikesi PRIMA paneele, seejärel paljastas need valguse käes, mõõtes nende reageeringut visuaalsele koorele implanteeritud elektroodidega - aju osaga, mis töötleb pilte. Kasutades nende poolt välja töötatud 70 mikroni implantaate, leidsid teadlased, et rottidel oli nägemine umbes 20/250 - see on pisut üle USA seadusliku pimeduse, mis on 20/200 nägemist. See tähendab, et inimene saab 20 jala kõrgusel näha seda, mida täiusliku nägemisega inimene suudab näha 250 jalga kõrgusel, muutes suurema osa oma ümbrusest häguseks.
"Need mõõtmised 70 mikroni pikslitega kinnitasid meie lootusi, et proteesi nägemisteravust piirab pikslite samm [või kaugus ühe piksli keskpunktist järgmise piksli keskpunktini]. See tähendab, et saame seda parandada, muutes piksleid väiksemaks, "Kirjutab Palanker meili teel. Nad on juba välja arendanud piksleid, mis on kolmveerandi suurused. "Töötame nüüd veelgi väiksemate pikslite kallal, " kirjutab ta.
PRIMA pole muidugi ainus meeskond, kes seda eesmärki taga ajab. Kalifornias asuva ettevõtte Second Sight nimega Argus II seade on selle juba USA-s turule lasknud. Toidu- ja ravimiamet kiitis selle heaks 2013. aasta veebruaris raskekujulise pigmentnäärme retiniidi põdevate patsientide jaoks, põhiseadistus sarnaneb PRIMA-ga. Kuid päikesepaneeli asemel on implantaadiks elektroodide võre, mis on kinnitatud hernesuuruse elektroonikaümbrise ja siseantennide külge. Prillikaamera teeb pildi, mida töötleb väike arvuti ja edastab seejärel juhtmevabalt implantaadile, mis käivitab pildi loomiseks elektrilised signaalid.
Kuid sellel süsteemil on mitmeid puudusi. Implantaadi elektroonika on mahukas ja antennid võivad tekitada häireid kodumasinate või muude antennist sõltuvate vidinate, näiteks mobiiltelefonide poolt. Seadmel on ka piiratud eraldusvõime, taastades nägemise umbes 20/1260-ni ilma täiendava pilditöötluseta. Selle piiratud eraldusvõime tõttu on FDA heaks kiitnud selle kasutamise ainult peaaegu pimedate patsientide jaoks.
"FDA ei soovi riskida nägemise kahjustamisega silmas, millel see juba on, kuna visuaalse taastamise maht on minimaalne, " ütleb California ülikooli San Diego Jacobs Retina keskuse direktor William Freeman. . "Võite natuke saada, kuid see pole palju."
Teostes on ka palju rohkem tehnoloogiaid. Saksa ettevõte Retinal Implant AG kasutab digitaalset kiipi, mis sarnaneb kaamerast leituga. Kuid selle tehnoloogia esialgsed testid inimestel on segatud. Freeman on osa teisest ettevõttest, Nanovisionist, mis töötab nanowire implantaadid, mis on vaevalt suurem kui valguse lainepikkus. Ehkki nad töötavad sarnaselt PRIMA fotodioodidega, on Freemanni sõnul potentsiaal olla valgustundlikum ja aidata tulevastel patsientidel näha halltoonides mitte ainult mustvalget. Selle tõhususe hindamiseks on tehnoloogia endiselt loomkatsetes.
"Kõigi nende tehnoloogiate jaoks on sisemised piirangud, " ütleb Grace L. Shen, National Eye Institute'i võrkkestahaiguste programmi direktor. Ehkki Shen ei ole otseselt seotud proteesiuuringutega, töötab ta ühe Palankeri tööd toetava stipendiumi programmiohvitserina.
PRIMA tegeleb elektroodipõhiste lahenduste, näiteks Second Sight, teatud piiridega. Ehkki selle toodetud pildid on endiselt mustvalged, lubab PRIMA kõrgemat eraldusvõimet, ilma et oleks vaja juhtmeid ega antenni. Ja kuna implantaadid on modulaarsed, saab neid igale patsiendile kohandada. "Suure vaatevälja katmiseks võite panna nii palju, kui vaja, " ütleb Palanker.
Primat on ka lihtsam siirdada. Vedeliku süstimisega eraldatakse võrkkesta osa. Seejärel kasutatakse paneelide silma paigutamiseks põhiliselt päikesepaneelidega laaditud õõnsat nõela.
Kuid nagu kõigi silmaoperatsioonide puhul, on ka riske, selgitas San Francisco California ülikooli silmaarst Jacque Duncan, kes tööga ei tegelenud. Sub-võrkkesta operatsiooni jaoks, mida PRIMA nõuab, hõlmavad need riskid võrkkesta eraldumist, verejooksu ja armistumist. Samuti on võimalus, et kui seade pole õigesti paigutatud, võib see kahjustada nägemisjääke.
Sellegipoolest on Duncani uue seadme kasutuselevõtt positiivne. "Ma arvan, et see on põnev areng, " ütleb ta. "PRIMA-lähenemisel on nägemisteravuse tagamiseks palju potentsiaali, mis võib olla võrreldav või isegi parem kui praegu heaks kiidetud Second Sight ARGUS II seade."
Nagu ütles Argus II implantaadiga patsient Anthony Andreotolla CBSile selle aasta alguses, on tema nägemine kindlasti piiratud: "Ma oskan öelda erinevust auto, bussi või veoauto vahel. Ma ei oska öelda, mis teeb auto on." Kuid edasiste edusammude väljavaade annab patsientidele - sealhulgas Andreotollale, kes põeb pigmentne retiniiti ja 30-ndaks eluaastaks kaotas kogu nägemise - tulevikulootuse.
PRIMA-l on veel pikk tee ees, enne kui see turustamiseks valmis on. Meeskond on teinud koostööd Pixium Visioniga Prantsusmaal ja koos töötavad nad turule toomise nimel. Palankeril ja tema kaasasutajatel on kaks tehnoloogiaga seotud patenti. Järgmine samm on inimkatsed, millest esimese just kiitis heaks Prantsuse reguleeriv amet. Uuringud algavad väikestest, vaid viiest patsiendist, keda uuritakse 36 kuu jooksul. "Tahame näha, millised on künnised ja kirurgilised probleemid, " ütleb Palanker.
Need testid on seadme tõestavaks aluseks, ütles Shen. "Kuni nad seda inimestel tõesti ei testi, ei saanud me olla kindlad, mis kasu sellest on."
Parempoolsel pildil on 1 mm laiune massiivi, mis on implanteeritud roti silma alla. SEM-pilt demonstreerib massiivi suuremat suurendust, kui siga silma võrkkesta pigmendi epiteelile on paigutatud 70um pikslit. Vasakul olev värvilisand näitab ühe piksli kuusnurkset massiivi. (Daniel Palanker Lab) Praegu selgitab Shen, et seadmete edastatud visuaalne selgus pole see, mida ta peab "tähendusrikkateks visuaalseteks piltideks". Seda saab saavutada ainult närviradade parema mõistmise kaudu. "Kui teil on lihtsalt hunnik juhtmeid, ei tee see raadiot, " ütleb naine. "Juhtmed peavad olema korras."
Sama on nägemisega; see pole plug-and-play süsteem. Terve närvitee kaardistades saavad teadlased alles siis loota proteesiseadmete abil teravamate piltide, võib-olla isegi värvipiltide abil.
Palanker nõustub. "Võrkkesta allesjäänud vooluringide nõuetekohane kasutamine võrkkesta väljundi genereerimiseks võimalikult looduslähedaseks peaks aitama proteesi nägemist parandada, " kirjutab ta meilis.
Samuti on nägemishaigusi, kus paljud neist lahendustest ei tööta, ütles Freeman. Üks näide on nägemiskaotus glaukoomist. "Võrkkesta sisemised rakud on surnud, nii et ükskõik mida te stimuleeriksite, pole ajuga ühendusi, " ütleb ta.
Kuid juhtumiga on seotud arvukalt teadlasi kõigist valdkondadest, mis tõmbab meie teadmiste - inseneride, materjaliteadlaste, bioloogide ja teiste - piire. Ehkki see võib võtta veidi aega, on tõenäoliselt veel ees oodata. Sarnaselt meie mobiiltelefonide ja kaameratega, ütles Shen, on süsteemid viimase paarikümne aasta jooksul muutunud kiiremaks, tõhusamaks ja väiksemaks. "Ma loodan, et me pole oma piirini veel jõudnud, " lisab ta.
Praegu on Freemani sõnul võtmeks ootuste haldamine. Ühelt poolt püüavad teadlased inimestele valelootust mitte anda. "Teisest küljest ei taha te inimestele öelda, et see on lootusetu asi, " ütleb ta. "Me proovime ja ma arvan, et lõpuks töötab üks või mitu neist lähenemisviisidest."
