Имплантант сетчатой оболочки глаза восстанавливает зрение и дает возможность видеть в инфракрасном спектре. Есть много видов слепоты, но такими тяжелым наследственными заболеваниями, как пигментный ретинит, страдают миллионы людей во всем мире. Многие из этих людей будут медленно терять свое зрение в течение долгих лет. Адаптация к потере зрения трудна в любом возрасте, но, наверное, особенно трудна, когда зрение теряется постепенно.
Чтобы как-то помочь таким больным, ученые из Германии изобрели микроминиатюрный имплантант в сетчатую оболочку глаза, который в некоторой степени восстанавливает зрение у слепых с пигментным ретинитом (это - постепенная деградация зрительного пигмента в клетках-рецепторах сетчатой оболочки). Имплантант представляет собой матрицу из 1500 фотодиодов, которую хирургическим способом располагают под сетчатой оболочкой. Свет, который попадает в глаз, воздействует на фотодиоды, которые генерируют электрический ток и передают его нижележащим нейронам.
В результате, пациенты, страдающие от пигментного ретинита, получают возможность видеть светлые и темные области, различать основные формы предметов уже через неделю после операции. Один из пациентов даже получил возможность читать большие буквы. Это, конечно, замечательно, но пациенты рассказывают, что они неожиданно получили способность “видеть” невидимый инфракрасный свет (“сверхэффект”). Конечно, имплантант предоставляет только очень примитивное зрение, но в расширенном спектральном диапазоне. Другими словами, люди с такими имплантантами могут в полной темноте “видеть” нагретые объекты, что недоступно обычным глазам.
Немецкие ученые пошли дальше и исследовали возможность дальнейшего увеличения функциональных возможностей имплантанта. Рядом с матрицей фотодиодов они расположили матрицу непосредственных точек стимуляции (нет фотодиодов, только электрические контакты). С помощью этой матрицы вновь имплантированные пациенты смогли увидеть маленькие точки, вертикальные и горизонтальные линии, и даже простые формы (например, форму буквы L).
А зачем еще матрица непосредственной стимуляции, если уже есть хорошей большой массив фотодиодов с высоким разрешением, чтобы было можно видеть вещи вокруг? Оказывается к этому "нормальному зрению" можно добавить “виртуальное кибернетическое зрение”. Например, подключить матрицу из непосредственных точек стимуляции к GPS. И тогда будет возможно видеть стрелку, которая будет указывать направление к месту, куда Вы хотите прийти. Действительно, многие фантасты указывали на пути именно такого кибернетического усовершенствования глаз. И, может быть, в далеком (или недалеком) будущем, подобные чипы будут вживляться и в нормальные глаза, чтобы расширить возможности человеческого зрения. И мы
Бионический глаз - что это? Именно такой вопрос возникает у людей, которые впервые столкнулись с этим термином. В приведенной статье мы подробно на него ответим. Итак, приступим.
Определение
Бионический глаз - это устройство, позволяющее слепым различать ряд визуальных объектов и компенсировать в определённом объёме отсутствие зрения. Хирурги имплантируют его в повреждённый глаз в качестве протеза сетчатки. Тем самым они дополняют искусственными фоторецепторами сохранившиеся в сетчатке неповреждённые нейроны.
Принцип действия
Бионический глаз состоит из полимерной матрицы, снабжённой фотодиодами. Она фиксирует даже слабые электрические импульсы и транслирует их нервным клеткам. То есть сигналы преобразуются в электрическую форму и воздействуют на нейроны, которые сохранились в сетчатке. У полимерной матрицы есть альтернативы: инфракрасный датчик, видеокамера, особые очки. Перечисленные устройства могут восстановить функцию периферийного и центрального зрения.
Встроенная в очки видеокамера записывает картинку и отправляет её в процессор-конвертор. А тот, в свою очередь, преобразует сигнал и отсылает его ресиверу и фотосенсору, который вживлён в сетчатку глаза больного. И только потом электрические импульсы передаются в мозг пациента через оптический нерв.
Специфика восприятия изображения
За годы исследований бионический глаз претерпел множество изменений и доработок. В ранних моделях картинка передавалась с видеокамеры сразу в глаз пациента. Сигнал фиксировался на матрице фотодатчика и поступал по нервным клеткам в мозг. Но в этом процессе был один недостаток - разность в восприятии изображения камерой и глазным яблоком. То есть они работали не синхронно.
Другой подход состоял в следующем: вначале видеоинформация отправлялась в компьютер, который преобразовывал видимое изображение в инфракрасные импульсы. Они отражались от стёкол очков и попадали через хрусталик в глазную сетчатку на фотосенсоры. Естественно, пациент не может видеть ИК-лучи. Но их воздействие аналогично процессу получения изображения. Иными словами, перед человеком с бионическими глазами формируется доступное для восприятия пространство. А происходит это так: картинка, полученная от действующих фоторецепторов глаза, накладывается на изображение от камеры и проецируется на сетчатку.
Новые стандарты
С каждым годом биомедицинские технологии развиваются семимильными шагами. В данный момент собираются внедрять новый стандарт для системы искусственного зрения. Это матрица, каждая сторона которой будет содержать по 500 фотоэлементов (9 лет назад их было всего 16). Хотя, если провести аналогию с человеческим глазом, содержащим 120 млн палочек и 7 млн колбочек, то становится понятен потенциал дальнейшего роста. Стоит отметить, что информация передаётся в головной мозг через миллионы нервных окончаний, а потом их уже самостоятельно обрабатывает сетчатка.
Argus II
Этот бионический глаз был разработан и сделан в США компанией «Ясновидение». 130 пациентов с заболеванием пигментный ретинит воспользовались его возможностями. Argus II состоит из двух частей: встроенной в очки мини-видеокамеры и имплантата. Все объекты окружающего мира фиксируются на камеру и передаются в имплантат через процессор по беспроводной связи. Ну а имплантат с помощью электродов активирует имеющиеся у больного клетки сетчатки, отправляя информацию прямиком в зрительный нерв.
Пользователи бионического глаза уже через неделю чётко различают горизонтальные и вертикальные линии. В дальнейшем качество зрения через это устройство только возрастает. Argus II стоит 150 тысяч фунтов стерлингов. Однако исследования не прекращаются, так как разработчики получают различные денежные гранты. Естественно, искусственные глаза ещё довольно несовершенны. Но учёные делают всё, чтобы качество передаваемой картинки улучшилось.
Бионический глаз в России
Первым пациентом, которому в нашей стране вживили устройство, стал 59-летний челябинец Александр Ульянов. Операция шла на протяжении 6 часов в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА. За периодом реабилитации пациента следили лучшие офтальмологи страны. На протяжении этого времени в установленный Ульянову чип регулярно пускали электрические импульсы и отслеживали реакцию. Александр показывал отличные результаты.
Конечно, он не различает цветов и не воспринимает многочисленные объекты, доступные здоровому глазу. Окружающий мир Ульянов видит размыто и в чёрно-белом цвете. Но и этого ему достаточно для абсолютного счастья. Ведь последние 20 лет мужчина вообще был слепым. А сейчас его жизнь полностью изменил установленный бионический глаз. Стоимость операции в России составляет 150 тыс. рублей. Ну и плюс цена самого глаза, которая была указана выше. Пока устройство выпускают только в Америке, но со временем в России должны появиться аналоги.
Рубрика: Методы лечения в Германии
При некоторых заболеваниях удаление глаза неизбежно, к его потере может привести травма, случаются и врожденные дефекты. Современные глазные протезы хоть и не возвращают зрение, но выполняют множество других важных функций.
КОГДА УДАЛЯЮТ ГЛАЗ?
Разные причины могут привести к необходимости удаления глаза, или, выражаясь медицинским термином, его энуклеации.
Необратимая слепота, сопровождающаяся болями, также служит показанием к энуклеации. Обычно это возникает при критически растущем внутриглазном давлении, которое, в свою очередь, развивается на фоне сахарного диабета или закупорки сосудов с последующей неоваскулярной глаукомой.
Бывает показано удаление с последующим протезированием и при некоторых тяжелых косметических дефектах, обусловленных, например, воспалением роговицы, растущим бельмом или травмами.
КАК ПРОВОДИТСЯ ОПЕРАЦИЯ
Пораженный или травмированный глаз удаляется под общим наркозом. Слизистая оболочка отделяется от глазного яблока, удерживающие его мышцы и глазной нерв разрезаются, и глаз может быть удален. Конъюнктива (слизистая) остается при этом в тканях практически полностью. Чтобы заполнить образовавшуюся полость, части глазных мышц сшиваются вместе, вводятся собственные ткани пациента либо искусственный материал. До момента собственно протезирования необходимо подождать заживления послеоперационной раны. Через одну или несколько недель вставляется временный пластмассовый имплантант, препятствующий сокращению глазной впадины, и лишь через несколько месяцев - постоянный, из медицинской пластмассы или специального стекла.
Иногда в связи с проблемной конъюнктивой необходимо бывает сделать несколько операций для того, чтобы оптимально подготовить глазное дно к имплантированию.
В некоторых случаях операция может проводиться даже амбулаторно, но в течение нескольких дней необходимы регулярные перевязки и контроль.
Конечно, такое хирургическое вмешательство психологически обычно тяжело переносится пациентом, несмотря даже на то, что уже и до этого он едва ли мог много видеть поврежденным глазом, который наверняка доставлял и немало других проблем. Однако привыкание к ограниченной зрительной перспективе происходит, как правило, очень быстро, вполне возможно и вождение автомобиля. А качественный и успешно поставленный имплантант, который практически невозможно отличить от собственного глаза, решает все косметические и эстетические проблемы.
ЗАДАЧИ И ТИПЫ ПРОТЕЗОВ
Одна из главных задач имплантированного протеза заключается в том, чтобы обеспечивать максимальную естественную подвижность, поддерживаемую сохранившимися глазными мышцами. С медицинской точки зрения, имплантат обязан защищать глазную впадину и препятствовать ее естественному сокращению со временем. Для детей очень важна поддержка процесса их роста и развития с сохранением симметричных черт лица.
Существуют два основных типа протезов - стеклянные и пластмассовые. Оба выполняются редкими специалистами в своем деле, имеющими специальное образование.
Синтетический материал, в отличие от стекла, легче и теплее, дает больше ощущения прочной посадки в глазной впадине. Пластик также проще регулировать по размеру и визуально (например, цвет или имитацию кровеносных сосудов) - даже спустя время после имплантации. «Разрисовывается» такой протез вручную, что требует довольно долгого времени. Хотя он не разрушается, что, несомненно, является существенным преимуществом, но бледнеет и повреждается с течением лет, требует регулярной профессиональной чистки и достаточно частой замены. Среди недостатков также - плохая смачиваемость и поэтому легко пересыхающая поверхность имплантанта, повышенная аллергенность.
Лишь очень чувствительные люди могут действительно в данном случае по температуре определить различие между пластмассой и стеклом. Стеклянные имплантанты из особого криолитного или других специальных видов стекла после визуальной примерки сырых заготовок, подходящих данному пациенту, индивидуально у него на глазах в течение часа или немногим дольше выдуваются, особым образом полируются и доводятся до совершенства специалистом. Стекло, как правило, лучше переносится, хорошо увлажняется - как бы «плавает» в слезной жидкости. Это хорошо совместимый с биологическими тканями, лишенный токсичности материал. Кроме того, изготовление и установка здесь - очень быстрый процесс. Однако стеклянный имплантант более хрупкий, чем синтетический, и также, хоть и в меньшей степени, подвержен естественному износу и требует периодической замены - как правило, один раз в год, для детей - раз в полгода.
Оптически оба типа глазных протезов не отличаются друг от друга и, будучи удачно подобранными и подогнанными, не только не бросаются в глаза окружающим, но и фактически их наличие может стать заметным лишь при пристальном рассматривании вблизи.
УСТАНОВКА И НОШЕНИЕ ПРОТЕЗА
При первой установке протеза болезненных ощущений нет, однако они могут быть непривычными. После имплантации пациент чувствует некоторый дискомфорт, который проходит обычно спустя уже несколько дней, по мере привыкания глазной впадины к протезу. Возможно, придется немного потренироваться, чтобы закрывать и открывать глаза так, как прежде, без усилия. Носить протез также и ночью или нет - вопрос, требующий отдельного обсуждения со своим врачом; в последние годы предпочтение отдается круглосуточному ношению.
Очень частое и, к сожалению, неустранимое осложнение - повышенная слезоточивость на месте удаленного глаза. Регулярное вынимание и промывание протеза уже скоро осуществляется буквально за несколько секунд и позволяет снизить слезоотделение и повысить ощущение комфорта. Рекомендуют делать это как минимум раз в день, по утрам, обычной чистой водой комнатной температуры, ни в коем случае не над раковиной или иной твердой поверхностью, а над полотенцем. При наличии сильных загрязнений можно замочить протез на десять минут в подсоленной воде - но не использовать какие-либо чистящие средства, за исключением дезинфицирующей жидкости, рекомендуемой окулистом, или уксуса.
С современными протезами возможно при соблюдении простых мер предосторожности заниматься практически любыми, даже экстремальными видами спорта.
В заключение стоит отметить, что в Германии исторически накоплен огромный опыт глазного протезирования, которое осуществляется во многих городах. Особенно успешным стало оно после 1870 года, когда был найден идеальный материал - криолит, до сих пор используемый с этой целью.
Яна Илькун
| Кохлеарные имплантаты для глухих и слабослышащих | Облучение или химиотерапия? | Рак почек: традиционное и экспериментальное лечение | |
|
Уже более двадцати лет имплантируемые слабослышащим во внутреннее ухо электроды (кохлеарные имплантаты) являются альтернативой обычным слуховым аппаратам. Вместе с развитием техники и цифровых... |
Сравнивая лучевую и химиотерапию, необходимо отметить, что ни пациент, ни врач часто не имеют возможности выбора лечения. Выбранный метод зависит от вида онкологического заболевания, его... |
все это и многое другое вы найдете на страницах журнала в разделе "Информация для врачей". |
Общественный транспорт Германии
|
Глазной протез Argus II поступает в продажу в Европе и в скором времени - в Америке. В ходе испытаний этого «бионического глаза», частично удалось вернуть зрение 30 людям в возрасте от 28 до 77 лет.
Результаты получились различными - кто-то смог лишь частично видеть свет, кто-то стал разбирать газетные заголовки, некоторым даже удалось вернуть цветное зрение.
Протез Argus II берёт на себя функции фоторецепторов - светочувствительных сенсорных нейронов сетчатки глаза, которые преобразуют свет в электрохимические импульсы, передающиеся в мозг по зрительным нервам. При таких заболеваниях как, например, пигментный ретинит, происходит дегенерация этих фоторецепторов, и человек слепнет.
Argus II представляет собой комплекс из 60 электродов, вживлённых в сетчатку глаза, соединённых с миниатюрным приёмником, который так же, судя по описанию на сайте, крепится на глазное яблоко; очков, оснащённых камерой, и соединённых с носимым компьютером. Сигнал, полученный камерой, обрабатывается этим носимым компьютером, после чего передаётся на приёмник, который даёт вживлённым электродам начать стимуляцию уцелевших клеток сетчатки глаза и зрительного нерва.
Argus II на своём положенном месте.
Систему одобрили к использованию в Евросоюзе и, видимо, скоро так же одобрят в США. В Европе, правда, она стоит более 73 тысяч евро, а в США будет и того дороже.
В настоящее время в Массачуссетском технологическом институте разрабатывается аналогичная система, но вместо 60 у неё будут 400 электродов. В свою очередь, в Стэнфорде ведутся разработки другого метода, включающего имплантацию в глазное яблоко около пяти тысяч фотогальванических элементов, что, по идее, позволит добиться много лучших результатов, чем Argus II.
Ранний Аргус.
Несмотря на то, что технологии зрительных имплантов ещё не скоро позволят насладиться, к примеру, высоким разрешением видео, даже у несовершенных сенсоров с сотней пикселей разрешения есть потенциал обеспечить своим носителям несравнимо большую степень самостоятельности, нежели та, которая была бы у них при полном отсутствии зрения.
Не стоит упускать из виду, что подобные импланты в принципе не способны ничего поделать, если причиной слепоты является проблема со зрительным центром мозга или зрительным нервом, а не повреждение или деградация сетчатки. Но это уже другая ветвь технологий.
Вероятно, как свойственно высоким технологиям, со временем Argus II будет улучшаться и дешеветь, но пока на сайте технообзоров MIT мы видим цену в $115,000. Это цена самого устройства, не включающая стоимость его установки.
Видео с сайта разработчика .
Название "Аргус", вероятно, взято из греческой мифологии, где это имя носил неусыпный страж-великан. В разных вариантах мифа количество глаз у Аргуса варьировалось от 4 до 1000, но все они сходятся на моменте, что Аргус никогда не смыкал всех глаз одновременно и потому никогда не спал.
Гера поставила его охранять прекрасную Ио, на тот момент пребывавшую в облике не менее прекрасной, но всё же коровы. Аргус добросовестно выполнял поручение, однако в какой-то момент был убит Гермесом, богом торговли, воровства и обмана, которого Зевс отправил забрать Ио.
Узнав о смерти Аргуса, Гера сделала то, что полагается совершить важному персонажу мифа, когда повествование близится к концу: поместила глаза Аргуса на павлиньи перья. С тех пор, надо понимать, у нас есть не только невзрачные самки павлинов, но и отрадные глазу павлины-мужи.
О многочисленных глазах, павлинстве и умилении.
Если ко мне когда-нибудь попадёт представитель этого вида, единственное, насчёт чего не будет сомнений, это имя для него.
С вам был павлиний паук.
Прекрасное создание, которое, будь оно чуть покрупнее и не так склонно внезапно и очень быстро прыгать, могло бы лечить людей от арахнофобии.
Источники:
Глаза - самая сложная система в организме. И нейробиологи выясняют до сих пор, каким образом визуальные стимулы могут превращаться в информационные сообщения, воспринимаемые мозгом. При этом данный орган весьма хрупок, а расстройства зрения являются одними из наиболее распространенных среди всех болезней.
Стоит упомянуть, что самыми серьезными неприятностями со зрением являются заболевания ( , пигментный и др.), ведь около четверти пациентов с данными заболеваниями заканчивают полной . И все было бы не так плохо, если бы заболевания сетчатки поддавались лечению, однако любая терапия в таких случаях ограничивается только попытками замедлить болезнь.
Правда, в последнее время, опираясь на успехи нейробиологических технологий, ученые начинают задумываться о восстановлении утраченных в процессе заболеваний сетчатки фоторецепторов, что поможет вернуть зрение. При этом самым очевидным выходом является использование стволовых клеток. И на этой стезе достигнуты впечатляющие успехи. К примеру, таким образом частично вернули зрение слепым мышам и доказали безопасность использования стволовых клеток в человеческой сетчатке.В то же время, существует и нейрокомпьютерное решение данной проблемы – замена сетчатки электронным протезом. Одно из таких устройств, Argus II, создано компанией SecondSight и уже рекомендовано к широкому применению в США. Клинические испытания данного приспособления прошли успешно, однако у Argus II все еще остается масса неизученных возможностей, коим и посвятила свое исследование рабочая группа из Глазной больницы Мурфилдс (Великобритания), под руководством проф. Ивонны Ло.
Нужно сказать, что Argus II - это миниатюрная видеокамера на очках и устройство, беспроводным образом передающее визуальную информацию электронному имплантату. Задача последнего - стимулировать клетки, которые собирают информацию, в соответствии с инструкциями, получаемыми от «внешнего устройства».
Для участия в эксперименте отобрали восемь пациентов, практически лишенных зрения вследствие дегенерации сетчатки. Их задачей было с помощью прибора различить два объекта (белый и металлический): сначала на темном фоне, а после, с выделенными контурами. Для начала, больным с тяжелой формой пигментного ретинита предлагалось сделать это с выключенным устройством, затем - с работающим некорректно, и наконец, с работающим нормально.
Различить два предмета с выключенным устройством пациентам удалось в 12,5% случаев для первого опыта и в 9,4% - для второго. С плохо работающим прибором процент успеха поднялся до 26,2% и 20,7%. И наконец, с хорошо функционирующим устройством, степень точности различения составила 32,8% и 41,4% соответственно, что не может не впечатлять.
Успешную конкуренцию SecondSight в этом направлении составляет BostonRetinalImplantProject (США), в котором участвуют исследователи из Гарварда, Флоридского международного университета, Массачусетского технологического института и пр.
Отличительной особенностью такого рода устройств является микрочип, передающий внешние сигналы к клеткам глазного нерва. Это происходит посредством электродов. К примеру, у Argus II этих электродов 60, при этом, чем их больше, тем более детальным получится изображение, ведь микрочип сможет активировать больше клеток, а значит сообщать мозгу больше информации.
В этой связи можно с уверенностью предсказать борьбу между производителями имплантатов за увеличение числа электродов подобное тому, что произошло в сфере процессорных технологий, когда на единице площади пытались уместить по возможности больше транзисторов.
Так вот, рабочей группе проф. Кинзи Джонсу из международного университета во Флориде сделать это удалось. По их технологии производят чипы уже с 256 электродами. Данная технология, правда, пока что ждет клинических испытаний, но, ученые уверены, что их чипам уготовано блестящее будущее.
Однако не нужно думать, что подобные устройства - панацея от связанных с сетчаткой проблем. Какие бы успехи не предрекали таким протезам, вряд ли в обозримом будущем они смогут полностью заменить сетчатку в человеческом глазу.
