Бионический глаз — мифы и реальность. Бионический глаз и великая тайна зрения

Бионический глаз

Бионический глаз (_en. Bionic Eye) - протез сетчатки глаза высокого разрешения, разработанный Дэниелом Паланкером (_en. Daniel Palanker), сотрудником Стэнфордского университета (Stanford University) и его научной группой "Биомедицинской физики и офтальмологических технологий" (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies).

Они разработали протез сетчатки глаза высокого разрешения или "Бионический глаз" (Bionic Eye) [] , обладающий целым рядом преимуществ перед предыдущими проектами лечения слепоты с помощью электронных имплантантов.

В Японии также создана искусственная сетчатка глаза на основе патента США, которая в перспективе поможет вернуть зрение ослепшим пациентам. Как стало известно, технология разработана специалистами корпорации «Сэйко-Эпсон» и базирующегося в Киото Университета Рюкоку. [http://www.medlinks.ru/article.php?sid=30236 ]

Искусственная сетчатка представляет собой фотосенсор, содержащий тончайшую алюминиевую матрицу с полупроводниковыми элементами из кремния . Для лучшего проведения базовых испытаний, она размещена на прямоугольной стеклянной табличке размером 1 см. Для последующих испытаний на животных, в частности, морских угрях, ее предполагается установить на гибких жидкокристаллических панелях.

По принципу действия искусственная сетчатка иммитирует настоящую: при попадании лучей света в полупроводниках образуется электрическое напряжение, которое в качестве зрительного сигнала должно передаваться в мозг и восприниматься в виде изображения.

Разрешение светочувствительной матрицы в составляет 100 пикселей, но после уменьшения размеров чипа, оно может быть увеличено до двух тысяч графических элементов. По утверждению специалистов, если такой чип имплантировать полностью незрячему человеку, он сможет с близкого расстояния различать крупные предметы - такие, например, как дверь или стол.

Из заявления американских ученых к 2009 году глазной протез можно будет увидеть на потребительском рынке. Об этом сообщил профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США). [http://www.membrana.ru/print.html?1132336800 ]

Первая версия протеза сетчатки глаза уже проходит так называемые «полевые» испытания. Бионическая сетчатка вживлена шести пациентам с потерей зрения в результате заболевания retinitis pigmentosa. Retinitis pigmentosa - неизлечимая болезнь, при которой человек теряет зрение. Наблюдается примерно в одном случае на каждые три с половиной тысячи человек.

Пациенты, которым был вживлен бионический глаз, показали способность не только различать свет и движение, но и определять предметы размером с кружку для чая или даже ножа. К некоторым из них вернулась способность читать крупные буквы.

Устройство для испытаний усовершенствовано. Вместо шестнадцати светочувствительных электродов в него вмонтировано шестьдесят.

В настоящее время в США уже разработан и испытывается на животных протез сетчатки глаза с более 2,5 тыс. пикселей. [http://www.membrana.ru/print.html?1132336800 ]

Электронный имплантант

ей более 2,5 тыс. и расстоянием между ними в 7 мкм. Это позволило в десятки раз повысить разрешающую способность сетчатки глаза. Старый протез на базе сплошной конструкции с выступающими катодами в количестве не более 100 штук не позволял увеличивать количество фотодиодов (пикселей) из-за нагрева, что не желательно для нервных окончаний сетчатки глаза. [http://www.membrana.ru/articles/health/2005/04/07/205000.html ]

Дырчатая конструкция после имплантации позволила нервным клеткам сетчатки автоматически перетекать с верхней и нижней поверхносей фотодатчика через полости и соединяться, а также уменьшить нагрев пикселей и увеличить их количество. [http://www.membrana.ru/print.html?1132336800 ]

См. также

* Оптические системы
* Оптические биоинженерные технологии
* Датчик
* Фотосенсор

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Бионический глаз" в других словарях:

У этого термина существуют и другие значения, см. Слепота (значения). Слепота … Википедия

Технологии создания оптических систем с использованием имеющихся в природе принципов биологических оптических систем.В ходе эволюции природой создано не менее 10 систем зрения, которые образованы в зависимости от условий обитания живых существ.… … Википедия

- (имплантаты) класс изделий медицинского назначения, используемые для вживления в организм либо в роли протезов (заменителей отсутствующих органов человека), либо в качестве идентификатора (например, чип с информацией о домашнем животном,… … Википедия

Импланты (имплантаты) класс изделий медицинского назначения, используемые для вживления в организм либо в роли протезов (заменителей отсутствующих органов человека), либо в качестве идентификатора (например, чип с информацией о домашнем животном … Википедия

Импланты (имплантаты) класс изделий медицинского назначения, используемые для вживления в организм либо в роли протезов (заменителей отсутствующих органов человека), либо в качестве идентификатора (например, чип с информацией о домашнем животном … Википедия

Bionic Woman Жанр драма … Википедия

Можете ли вы представить себе, что чувствует человек, который не видит или почти не видит окружающий мир? Такое состояние называется слепотой – невозможностью воспринимать зрительные стимулы из-за патологических нарушений в самом глазу, в зрительных нервах или в мозге. В 1972 году Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) приняла следующее определение: человек считается слепым, если острота центрального зрения в условиях максимальной коррекции не превышает 3/60. При таком зрении человек в условиях дневного освещения с максимальной коррекцией оптики неспособен сосчитать пальцы с расстояния в 3 метра.

Так вот для таких случаев была предложена идея электрической стимуляции сетчатки или зрительной коры, создание протеза, который по механизму действия имитирует настоящие процессы передачи электрических сигналов.

Вариантов электронных имплантов несколько, каждый год появляются новые идеи, но термин и сам «Бионический глаз» (Bionic Eye) разработан Дэниелом Паланкером, сотрудником Стэнфордского университета и его научной группой «Биомедицинской физики и офтальмологических технологий».

Имплантация модели бионического глаза Argus II (кстати, единственной модели, имеющей ЕС марку, но не сертифицированной в России) была выполнена в России в июле 2017 года одному пациенту. И со всех источников телевещания мы услышали – теперь человек сможет увидеть мир как раньше. Сотни людей просят поставить бионический глаз, а некоторые вдобавок просят «вживить» чипы для суперзрения.

Так что же мы на сегодняшний день имеем и может ли стать явью мечта увидеть мир после того, как потерял зрение?

БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ СЕТЧАТКИ

Бионическими называют протезы и имплантируемые элементы частей организма человека, которые подобны по внешнему виду и функциям на настоящие органы или конечности. На сегодняшний день людям успешно помогают в полноценной жизни бионические руки, ноги, сердца, а также органы слуха. Цель создания электронного глаза - помочь слабовидящим с проблемами сетчатки или зрительного нерва. Имплантируемые вместо поврежденной сетчатки устройства должны заменить миллионы клеток фоторецепторов глаза, пусть не на все 100%.

Технология для глаз похожа на ту, которая используется в слуховых протезах, помогающим глухим людям слышать. Благодаря ей пациенты имеют меньше шансов потерять остаточное зрение, а утратившие зрение - видеть свет и иметь хоть какую-то способность ориентироваться в пространстве самостоятельно.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Общий принцип действия электронного глаза следующий: в специальные очки встраивается миниатюрная камера, с нее информация об изображении передается в девайс, который преобразует картинку в электронный сигнал и отсылает его на специальный передатчик, который в свою очередь посылает электронный сигнал на имплантированный в глаз или в мозг приёмник, или информация передается через крошечный проводок на электроды, присоединенные к сетчатке глаза, они стимулируют оставшиеся нервы сетчатки, посылая электрические импульсы в головной мозг через оптические нервы. Устройство призвано компенсировать утраченные зрительные ощущения при полной или неполной потере зрения.

Главные условия успешной работы системы:

• Наличие в глазу и мозгу пациента части живых нервных клеток.
• Пациентами должны быть люди, которые когда-то нормально видели, так как тот, кто слепой от рождения, пользоваться такими устройствами не сможет. Подходят люди, долгое время видевшие и имеющие богатый зрительный опыт. В результате они мало видят, но имеют представления о предметах и догадываются что это за предмет. Короче, должна быть развита кора головного мозга и обладание достаточным интеллектом.
• И, понятно, чем больше пикселей будет в чипе, тем четче будет полученное изображение.

• Длительный срок эксплуатации – пока срок использования этих устройств никто не знает. Первая имплантация бионических глаз в Германии закончилась тем, что их через год всем пациентам удалили. Даже тем, кто что-то видел. Об этом даже в прессе Германии писали.
• Технологичный способ подзарядки. Сейчас они работают по принципу индукции, не на батарейках. Заряжаются как электрическая зубная щетка.
• Попутно должен решаться вопрос окисления, нагрева и т.п. Например, дырчатая конструкция после имплантации может позволить нервным клеткам сетчатки автоматически перетекать с верхней и нижней поверхностей фотодатчика через полости и соединяться, а также уменьшить нагрев пикселей и увеличить их количество.

МИКРОХИРУРГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

Это обширнейшие операции. Если описать, например, имплантацию субретинального (расположенного под сетчаткой) бионического глаза – нужно полностью сетчатку поднять, потом сделать обширную ретинэктомию (обрезать часть сетчатки), потом под сетчатку установить этот чип, затем сетчатку пришить ретинальными гвоздями, приклеить сетчатку лазеркоагуляцией и залить силиконовым маслом. Силиконовая тампонада необходима, иначе моментально появится ПВР (пролиферативная витреоретинопатия) и возникнет отслойка. Да, еще и хрусталика собственного не должно быть или он должен быть предварительно заменен на искусственную линзу.

Для операции нужны особые инструменты с щадящими силиконовыми наконечниками. Это совершенно непростая операция, кроме того еще нужен оро-фациальный хирург или ЛОР – они через кожу выводят электроды наружу. И получается такое устройство – чип внутри глаза, а в руках такой приборчик величиной с мобильный телефон, которым ты можешь изменять интенсивность сигнала, он соединяется с подкожными электродами. Одного офтальмолога-хирурга при операции недостаточно – нужна помощь других дисциплин, операция длится долгих 6 часов.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

• Во-первых, это дорого. Только прибор стоит порядка 150 тыс. долларов, то есть почти 8,5 миллионов рублей. А все лечение одного такого пациента может достигать 10 миллионов рублей. Речь идет о модели Argus II. На сегодняшний день в некоторых странах, например, в Германии эта операция оплачивается за счет страховок.
• Фирмы, занимающиеся разработкой и производством, во всем мире живут на государственных дотациях, на грантах. Это здорово - такие вещи должны поддерживаться, иначе никакого развития не будет.
• Сертификата в России нет ни на какое из нижеперечисленных устройств.

МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

1. Результаты довольно скромные – после операции таких людей нельзя назвать зрячими, они видят на уровне 0,05 максимум, т.е. могут видеть контуры и определять направление движения тени, цветов вообще не различают, предметы могут различаться только те, которые помнятся из прежней «зрячей» жизни, например: «ага – это, наверное, банан, так как что-то полукруглое». Видят, что что-то на них движется, могут догадаться, что это человек, но лицо его не различают.
2. При каких заболеваниях может быть полезен бионический глаз?

Первые пациенты – это пациенты с пигментным ретинитом (retinitis pigmentoza) – заболеванием с первичным исчезновением фоторецепторов и вторичной атрофией зрительного нерва. В России таких пациентов 20–30 тысяч человек, в Германии – всего несколько тысяч.

Следующими на очереди стоят пациенты с географической атрофической макулярной дегенерацией. Это чрезвычайно распространенная возрастная патология глаза.

Третьими будут, больные глаукомой. Глаукомой пока не занимались, так как атрофия зрительного нерва в этом случае первичная, поэтому способ передачи должен быть другой – в обход зрительного нерва.

Диабет – это самая сложно решаемая проблема. Один из методов лечения диабетических изменений на сетчатке – лазеркоагуляция по всей поверхности. После такой процедуры технически невозможно поднять сетчатку из-за лазеркоагулятов - это получается «решето». А если не сделано лазером – ситуация не лучше: обычно глаз настолько поврежден, что имплантация в этом случае бесполезна.

3. К сожалению, нынешний прототип бионического глаза не позволяет людям видеть окружающий мир так, как видим его мы. Их цель - перемещаться самостоятельно без посторонней помощи. До массового использования этой технологии еще далеко, однако ученые подарят надежду людям, потерявшим зрение.

ТЕКУЩИЕ ПРОЕКТЫ «БИОНИЧЕСКИХ ГЛАЗ»

В последние несколько десятков лет ученые разных стран работают над идеями бионических электронных глаз. С каждым разом технологии совершенствуются, однако на рынок для массового использования свое изделие еще никто не представил.

1. Argus retinal prosthesis

Ретинальный протез Argus – это американский проект, довольно хорошо коммерциализированный. В первой модели разрабатывался командой исследователей в начале 1990-х годов: пакистанского происхождения офтальмологом Марком Хамейуном (Mark Humayun, кстати, профессор Секундо с ним знаком по Johns Hopkins University – в то время он был резидентом 2-го года, Вальтер - студентом), Евгеном Дейаном, инженером Ховардом Филлипсом, биоинженером Вентай Лью и Робертом Гринбергом. Первая модель, выпущенная в конце 1990-х, компанией Second Sight имела всего 16 электродов.

«Полевые испытания» первой версии бионической сетчатки были проведены Марком Хамейуном шести пациентам с потерей зрения в результате заболевания retinitis pigmentosa в промежутке с 2002 по 2004 год. Retinitis pigmentosa - неизлечимая болезнь, при которой человек теряет зрение. Наблюдается примерно в одном случае на каждые три с половиной тысячи человек.

Вид внешнего блока Argus II

Пациенты, которым был вживлен бионический глаз, показали способность не только различать свет и движение, но и определять предметы размером с кружку для чая или даже ножа.

Устройство для испытаний было усовершенствовано - вместо шестнадцати светочувствительных электродов в него было вмонтировано шестьдесят электродов и названо Argus II. В 2007 году начато мультицентровое исследование в 10 центрах 4-х стран США и Европы – всего 30 пациентов. В 2012 году Argus II получил разрешение для коммерческого использования в Европе, годом позже в 2013 году – в США. В России разрешения нет.

По сей день эти исследования субсидируются государственными фондами, в США их три - National Eye Institute, Department of Energy, and National Science Foundation, а также рядом исследовательских лабораторий.

Так выглядит чип на поверхности сетчатки

2. Microsystem-based visual prosthesis (MIVP)

Модель протеза спроектирована Клодом Вераартом (Claude Veraart) в университете Лувена в виде спиральной манжеты электродов вокруг зрительного нерва в задней части глаза. Она коннектится со стимулятором, имплантированным в небольшую ямку в черепе. Стимулятор получает сигналы от внешней камеры, которые переводятся в электрические сигналы, стимулирующие непосредственно зрительный нерв.

Схема MIVP

3. Implantable miniature telescope

На самом деле это устройство нельзя назвать «протезом сетчатки», поскольку этот телескоп имплантируется в заднюю камеру глаза и работает как лупа, увеличивающая ретинальное изображение в 2.2 или 2.7 раз, что позволяет уменьшить влияние на зрение скотом (слепых зон) в центральной части поля зрения. Имплантируется только в один глаз, поскольку наличие телескопа ухудшает периферическое зрение. Второй глаз работает для периферии. Имплантируется через довольно большой разрез роговицы.

Кстати, похожий принцип используется в добавочных интраокулярных линзах Шариотта. У меня самый большой опыт имплантации этих линз в России и результатами пациенты довольны. В этом случае вначале предварительно проводится факоэмульсификация катаракты. Хотя это, конечно, не 100% бионический глаз.

Подробнее об этом в предыдущих постах:

• Имплантируем искусственный хрусталик (вам это понадобится лет после 60)

Телескопическая система для задней камеры глаза*## 4. Tübingen MPDA Project Alpha IMS

В 1995 году в Университетской глазной клинике Тюбингена началась разработка субретинальных протезов сетчатки. Под сетчатку укладывался чип с микрофотодиодами, который воспринимал свет и трансформировал в электрические сигналы, стимулирующие ганглионарные клетки наподобие естественного процесса в фоторецепторах неповрежденной сетчатки.

Конечно, фоторецепторы во много крат чувствительнее искусственных фотодиодов, поэтому они требовали специального усиления.

Первые эксперименты на микросвинках и кроликах были начаты в 2000 году, и только в 2009 году импланты были вживлены 11 пациентам в рамках клинического пилотного исследования. Первые результаты были обнадеживающими – большинство пациентов смогли отличать день от ночи, некоторые даже могли распознавать предметы – чашку, ложку, следить за перемещением крупных предметов. Кстати, дальнейшая участь этих пациентов была печальна – всем участникам эксперимента, даже тем, кто что-то увидел, согласно подписанному соглашению были удалены «бионические глаза» и они вернулись в исходное состояние.

На сегодняшний день Alpha IMS, производства Retina Implant AG Germany имеет 1500 электродов, размер 3×3 мм, толщиной 70 микрон. После установки под сетчатку это позволяет почти всем пациентам получить некоторую степень восстановления светоощущения.

Технически эту сложную операцию в Германии делают только в трех центрах: в Аахене, в Тюбингене и Лейпциге. В итоге это делают хирурги так называемой Кельнской школы, ученики профессора витреоретинального хирурга Хайнеманна, к сожалению, довольно рано скончавшегося от лейкемии, но все его ученики стали руководителями кафедр в Тюбингене, Лейпциге и в Аахене.

Эта группа ученых обменивается опытом, ведет совместные научные разработки, у этих хирургов (в Аахене – профессор Вальтер (это его фамилия), в Тюбингене – профессор Барц-Шмиц) самый большой опыт работы с бионическими глазами, потому как в этом случае 7–8–10 имплантаций считается большим опытом.

Alpha IMS на глазном дне

5. Harvard/MIT Retinal Implant

Джозеф Риццо и Джон Уайетт из Массачусета начали исследовать возможность создания протеза сетчатки в 1989 году, и провели испытания стимуляции на слепых добровольцах в период между 1998 и 2000 годами. На сегодняшний день это идея устройства минимально инвазивного беспроводного субретинального нейростимулятора, состоящего из массы электродов, который помещается под сетчатку в субретинальном пространстве и получает сигналы изображения от камеры, установленной на паре очков. Чип-стимулятор декодирует данные изображения из камеры и стимулирует соответственно ганглиозные клетки сетчатки. Протез второго поколения собирает данные и передает их имплантату через радиочастотные поля из катушки передатчиков, установленных на очках. Вторичная катушка приемника зашита вокруг радужки.

Модель MIT Retinal Implant

6. Artificial silicon retina (ASR)

Братьями Аланом Чоу и Винсентом Чоу был разработан микрочип, содержащий 3500 фотодиодов, которые обнаруживают свет и преобразуют его в электрические импульсы, стимулирующие здоровые ганглионарные клетки сетчатки. «Искусственная силиконовая сетчатка» не требует использования внешних устройств. Микрочип ASR - это кремниевый чип диаметром 2 мм (та же концепция, что и в компьютерных чипах), 25 микрон толщиной, содержащий ~5000 микроскопических солнечных элементов под названием «микрофотодиоды», каждый из которых имеет свой собственный стимулирующий электрод.

Схема ASR

7. Photovoltaic retinal prosthesis

Даниэль Palanker и его группа в Стэнфордском университете разработали фотоэлектрическую систему, она же и есть «бионический глаз». Система включает в себя субретинальной фотодиод и инфракрасную проекционную систему изображения, установленную на видеоочки.

Информация с видеокамеры обрабатывается в девайсе и отображается в импульсном инфракрасном (850–915 нм) видеоизображении. ИК-изображение проецируется на сетчатку через естественную оптику глаза и активирует фотодиоды в субретинальном имплантате, которые преобразуют свет в импульсный бифазный электрический ток в каждом пикселе.

Интенсивность сигнала может быть дополнительно увеличена с помощью увеличения общего напряжения, обеспечиваемого радиочастотным приводом имплантируемого источника питания.

Схожесть между электродами и нейронными клетками, необходимая для стимуляции высокого разрешения, может быть достигнута с использованием эффекта миграции сетчатки.

Модель Паланкера

8. Bionic Vision Australia

Австралийская команда во главе с профессором Энтони Буркиттом разрабатывает два протеза сетчатки.

Устройство Wide-View сочетает в себе новые технологии с материалами, которые были успешно использованы для других клинических имплантатов. Этот подход включает в себя микрочип с 98 стимулирующими электродами и направлен на повышение мобильности пациентов, чтобы помочь им безопасно перемещаться в своей среде. Этот имплантат будет помещен в супрахориоидальное пространство. Первые тесты пациентов с этим устройством начаты в 2013 году.

Bionic Vision Australia - это микрочип-имплантат с 1024 электродами. Этот имплантат помещается в супрахориоидальное пространство. Каждый прототип состоит из камеры, прикрепленной к паре очков, которая посылает сигнал на имплантированный микрочип, где преобразуется в электрические импульсы для стимуляции оставшихся здоровых нейронов сетчатки. Затем эта информация передается зрительному нерву и центрам обработки зрения головного мозга.

Австралийский исследовательский совет присудил Bionic Vision Australia грант в размере 42 миллионов долларов США в декабре 2009 года, и консорциум был официально запущен в марте 2010 года. Bionic Vision Australia объединяет многопрофильную команду, многие из которых имеют большой опыт разработки медицинских устройств, таких как «бионическое ухо».

Модель Bionic Vision Australia

Благодаря исследователям из Института бионики (Мельбурн, Австралия) и компании evok3d, трудящихся над «бионическим глазом», люди, страдающие пигментной дистрофией сетчатки и возрастной молекулярной дегенерацией, в перспективе смогут восстановить зрение. Для проведения процедур восстановления необходимы оставшиеся у пациента ганглионарные клетки, здоровый зрительный нерв и здоровая зрительная зона коры головного мозга. В этом случае у человека есть возможность вновь обрести зрение.

Для изготовления прототипа глаза, а также формы для его отливки, ученые из Института бионики обратились за помощью к специалистам компании evok3d, специализирующейся на 3D-услугах и для печати «искусственного глаза» использовали 3D-принтер ProJet 1200.

Понадобилось всего четыре часа, чтобы напечатать прототип на ProJet 1200, до появления 3D-печати на его изготовление тратили недели или даже месяцы. Вот так 3D-печать ускорила научно-исследовательский и производственный процесс.

Бионическая зрительная система включает в себя камеру, передающую радиосигналы микрочипу, расположенному в задней части глаза. Эти сигналы превращаются в электрические импульсы, стимулирующие клетки в сетчатке и зрительный нерв. Потом они передаются в зрительные зоны коры мозга и преобразуются в изображение, которое видит пациент.

9. Dobelle Eye

Аналогично по функции устройству Гарвард/МИТ (6), кроме стимуляторной микросхемы, которая имплантируется прямо в мозг в первичную зрительную кору, а не на сетчатку глаза. Первые впечатления от имплантата были неплохие. Еще в стадии развития, после смерти Добеля, было решено превратить этот проект из коммерческого в проект, финансируемый государством.

Схема Dobelle Eye

10. Intracortical visual prosthesis

Лаборатория нейронных протезов из Иллинойского технологического института в Чикаго, разрабатывает визуальный протез, используя внутрикорковые электроды. В принципе, аналогично системе Добеля, применение внутрикорковых электродов позволяет значительно увеличить пространственное разрешение в сигналах стимуляции (больше электродов на единицу площади). Кроме того, разрабатывается система беспроводной телеметрии для устранения необходимости в транскраниальных (внутричерепных) проводах. Электроды, покрытые слоем активированной пленки оксида иридия (AIROF), будут имплантированы в зрительной коре, расположенной в затылочной доле мозга. Наружный блок будет захватывать картинку, обрабатывать ее и генерировать инструкции, которые затем будут передаваться в имплантированные модули по телеметрическому линку. Схема декодирует инструкции и стимулирует электроды, в свою очередь стимулируя зрительную кору. Группа разрабатывает датчики внешней системы захвата и обработки изображений для сопровождения специализированных имплантируемых модулей, встроенных в систему. В настоящее время проводятся исследования на животных и психофизические исследования человека для проверки целесообразности имплантации добровольцам.

Чип на фоне монеты

ИТОГ

Сейчас все в стадии пусть не первичной, но такой вторичной разработки, что о массовой эксплуатации и решении всех проблем вообще пока речи не идет. Слишком мало людей прооперировано и никак нельзя говорить о массовом производстве. В настоящее время все это еще стадия разработки.

Первые работы начались более 20 лет назад. В 2000–2001 году что-то начало получаться на мышах. В настоящее время мы получили первые результаты на людях. То есть вот такая скорость.

Пока будет что-то серьезное, еще двадцать лет может пройти. Мы находимся на очень-очень ранней стадии, на которой есть первый положительный эффект – распознавание контуров, света, и не у всех – пока не могут предсказать кому это поможет, а кому нет.

Хирургов, которые занимаются этими экспериментами – по пальцам пересчитать.

Имплантировать один протез – это только с рекламной целью. Этими работами должны заниматься люди, у которых есть возможность делать 100–200 операций в год в рамках одной проектной группы, чтобы появилась критическая масса. Тогда появится понимание в каких случаях можно ожидать эффекта. Такие программы должны субсидироваться бюджетом или специализированными фондами.

Хотя еще нет совершенной модели, все существующие требует доработки, ученые полагают, что в будущем электронный глаз может заменить функцию клеток сетчатки и помочь людям обрести хоть малейшую способность видеть с такими заболеваниями, как пигментный ретинит, дегенерация желтого пятна, старческая слепота и глаукома.

Если у вас есть свои идеи, как еще можно с помощью технологий вернуть зрение людям (пусть пока еще и труднореализуемыми способами) – предлагаем их обсудить ниже.

А история с бионическими контактными линзами, потенциале редактирования генома, о том, как можно слышать цвета посредством кое-чего, вживленного в мозг – в следующих постах.

Григорий Александрович Ульянов в такой темноте прожил 20 лет. Прежде чем благодаря операции по пересадке бионического глаза он снова увидел свет.

В каком-то смысле наш глаз - это камера, которая с помощью нервных окончаний передает картинку в «процессор» - головной мозг, а тот расшифровывает полученные сигналы. Эта трансляция происходит благодаря сетчатке - своеобразной параболической антенне, которая дает охват зрения на 180 градусов. Если в ней происходит какое-то нарушение, наступает слепота.

Еще в 2005 году Даниел Паланкер из Стэнфордского университета с научной группой сконструировал оптический прибор, аналогичный человеческому глазу - так называемый бионический глаз.

В 2011 году американские ученые разработали бионический глаз Argus II - к слову, создала его та же компания, что производит и импланты для слабослышащих.

Предыстория

В конце июня первую операцию по пересадке бионического глаза в НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова на базе ФНКЦ оториноларингологии ФМБА России. А первым пациентом стал Григорий Александрович Ульянов из Челябинска.

Пигментная болезнь, при которой зрение стремительно падает, а 180-градусное поле зрения постепенно сужается до размеров туннеля, все более и более узкого. Потом его стенки смыкаются, и наступает темнота.

Этот диагноз поставили Григорию Александровичу. Терять зрение он начал еще в молодости. Сначала у него появилась куриная слепота - в сумерках при плохом освещении он с трудом различал предметы, но тщательно скрывал это. Он тогда учился еще в училище и боялся, что проблемы со зрением помешают ему продолжать учиться и работать.

Зрение по-прежнему падало - точнее постепенно сужалось поле видимости. В конце концов остался видимым лишь узкий луч света.

Я понимал, что скоро исчезнет и этот луч, и стал готовиться к погружению в темноту.

Григорий Ульянов

Он смотрит прямо на меня, хотя на самом деле в бионических очках видит лишь сплошное белое пятно. Но до операции не было и этой белизны - его окружала кромешная темнота.

По его словам, тогда, 20 лет назад, поняв, что слепота неизбежна, он старался запомнить окружающий мир. И не в смысле «наглядеться», запечатлеть в памяти лица родных и друзей, хотя, конечно, и это тоже. В первую очередь - по практическим соображениям. Он пытался запомнить до мельчайших подробностей маршрут, которым ходил на работу, свою квартиру, чтобы потом в темноте с легкостью передвигаться по ней.

Запоминал, где что лежит и стоит. Пробовал ходить с закрытыми глазами, чтобы, пока еще есть возможность, увидеть, где он может споткнуться.
Он еще успел поглядеть на недавно родившуюся внучку Иришку. Это было в 1997 году. А потом все.

Когда ему предложили сделать операцию, он сначала отказался. И страшно было, и казалось ненужным. К этому времени Григорий Александрович вполне освоился в своей слепоте. Через весь город ездил на работу - на металлургический завод. Ходил в магазин, занимался какими-то элементарными домашними делами. Внуки знали, что дедушка не видит, и научились описывать словами то, что происходит вокруг.

Григорию Александровичу объяснили, что даже после операции привычного зрения не появится. Но он сможет , а это позволит лучше ориентироваться в пространстве.

Все же после долгих раздумий он все же решился.

В молодости мужчина увлекался фокусами. Понятно, что слепота поставила крест на увлечении. Но когда встал вопрос об операции, он подумал: если он сможет различать свет от предметов, он сможет вернуться к своему хобби.

Что было на операции

«Операция очень трудоемкая, - говорит Христо Тахчиди. - Это очень сложная конструкция, которую надо было собрать не только на глазу, но и внутри него, в микронном исполнении».

Конструкция бионического глаза состоит из двух блоков. Внешний крепится на специальной оправе: это микрокамера на переносице и антенна со стороны прооперированного глаза. С антенны вся информация передается на микропреобразователь, который крепится на глазном яблоке. От микропреобразователя тянется своеобразный микрокабель, который заканчивается микрочипом. Этот электронный чип состоит из 60 электродов и устанавливается на центральной зоне сетчатки. Сигнал, который поступает в преобразователь на глазу, трансформируется в микроэлектрический ток, стимулирующий сетчатку. Стимуляция сетчатки вызывает нервный импульс, который по зрительным путям идет в кору головного мозга. Именно здесь и рождается изображение, как у обычного человека.

Работа деликатная и требует невероятной тонкости. Чтобы микропроводки случайно не перекусить, на все инструменты надевались силиконовые трубочки. Каждая манипуляция была предварительно точно выверена, поскольку лишние движения были нежелательны. И главное - каждое движение надо было делать верно с первого раза.

Операция длилась шесть часов. Но, чтобы начал «видеть» бионический глаз, эту систему нужно включить. И делает это уже даже не хирург, а специальная инженерная группа.

Григорию Александровичу подключили систему через две недели после операции, когда постепенно зажили все разрезы.

Я сперва ничего не понял, - делится впечатлениями от первых минут после включения системы. - Перед глазами вдруг все засверкало, какие-то белые пятна. И постоянно вспышки, вспышки. После полной темноты было непривычно и даже тяжело.

Григорий Ульянов

Белыми пятнами были врачи, которые собрались вокруг. То, что операция прошла нормально и пациент чувствует себя хорошо, было ясно. Но увидит ли он свет - главный вопрос.

Что происходит после операции

«У него не будет зрения, привычного для нас, - объясняет Христо Тахчиди. - Это новое зрение будет как у более примитивных живых существ. Оно дает не детализированную информацию, а световые пятна различной формы. Мы как бы эволюционируем назад, возвращаемся к низшим организмам. Это своего рода система зрительных шифров, которые надо разгадать. Этому и будем обучать пациента.

В реальности это выглядит примерно так. Человеку показывают на предмет и спрашивают, что он видит на этом месте. А видит он световые пятна. И он должен запомнить, что вот такого рода световая конфигурация- это тарелка. И так далее. Это как новый язык, который просто надо выучить. Только вместо грамматики - геометрия световых пятен.
Эти программы отработаны на международном уровне, есть специально для дома, есть - для ориентирования на улице.

По словам Христо Тахчиди, Григорий Александрович учится быстро: «Со второго раза он сумел „увидеть“ шарик и взять его в руки. Хотя обычно это умение приходит лишь спустя месяцы после обучения. Но он вообще хорошо адаптирован к жизни. У него было абсолютно правильное, рациональное вхождение в инвалидность. И сейчас операции он не потерял имеющихся знаний. Мир остался с ним. И он пытается использовать новые знания».

Конечно, бионический глаз не равноценная замена живому. И не только потому, что он не определяет деталей предмета. Есть нюансы, о которых здоровый человек даже не думает. Например, на звук или источник света мы реагируем движением глазных яблок. Поворачиваться самим не обязательно.
А с бионическим глазом чтобы, скажем, посмотреть вниз, одного движения глаз недостаточно. Придется наклонить голову. И вот к этому тоже предстоит еще привыкнуть.

«Такой подарок отец сделал себе на день рождения, - рассказывает его дочь Елена, которая приехала с отцом в Москву. - На следующий день после операции ему исполнилось 59 лет».

Дочь связывает Григория Александровича с родным домом в Челябинске, с семьей, близкими.

«Скучаю, - застенчиво улыбаясь признается он. - Очень по жене соскучился. И вообще домой хочется. Я хорошо себя чувствую. Надеюсь, скоро поедем».

У него есть уже некоторые планы. Наверное тем, у кого нет проблем со зрением, они покажутся незатейливыми, но они невероятны по своим возможностям для человека, который не видел.

Григорий Александрович рассчитывает, что теперь сможет сыграть в шашки. Сможет участвовать в заводских концертах и показывать . «Увидит» пусть и световыми пятнами всю свою большую семью - жену, детей, внуков и новорожденную правнучку.

Что было самое для вас самым трудным? - спрашиваю я напоследок, ожидая услышать о бытовых проблемах.
- Я привык ориентироваться наощупь. А самое трудное - это отсутствие зрения, - вздыхает он. - Я до сих пор помню и лица близких, и свою улицу. Но не вижу их. А так хочется видеть.

Сразу поясним: речь не идёт о полной копии органа зрения, которым заменяют невидящий глаз. В отличие, скажем, от протеза руки или ноги, который внешне точно воспроизводит утраченную часть тела. «Искусственный глаз» - это конструкция из очков, миникамеры, преобразователя видеосигнала, который крепится на поясе, и чипа, вживляемого в сетчатку глаза. Такие решения, сочетающие живое и неживое, биологию и технику, в науке получили название бионических.

Первым в России обладателем бионического глаза стал 59-летний слесарь-фрезеровщик Григорий Ульянов из Челябинска.

«Наш пациент - 41-й в мире, которому сделана подобная операция, - объяснила «АиФ» министр здравоохранения Вероника Скворцова . - До 35 лет он видел. Потом зрение начало сужаться от периферии к центру и полностью погасло к 39 годам. Так вот эта интересная технология позволяет человеку вернуться из тьмы. На сетчатку ставится чип, который создаёт цифровой образ изображения за счёт трансформации изображения, фиксируемого видео-камерой очков, через специальный преобразователь. Этот цифровой образ передаётся через сохранённый зрительный нерв в кору голов-ного мозга. Самое важное - что мозг распознаёт эти сигналы. Конечно, зрение восстанавливается не на 100%. Поскольку в процессоре, вживляемом в сетчатку, всего 60 электродов (что-то вроде пикселей в экранах, для сравнения: современные смартфоны имеют разрешение от 500 до 2000 пикселей. - Ред.), то изображение возникает более примитивное. Оно чёрно-белое и состоит из геометрических форм. Скажем, дверь такой пациент видит чёрной буквой «П». Тем не менее это намного лучше, чем позволяла видеть первая версия прибора с 30 электродами.

Конечно, пациенту требуется длительная реабилитация. Его нужно учить понимать зрительные образы. Григорий настроен очень оптимистично. Как только подключили анализатор, он сразу же увидел световые пятна и начал считать число лампочек на потолке. Мы очень надеемся, что его мозг сохранил старые зрительные образы, ведь пациент лишился зрения уже в зрелом возрасте. Воздействуя на мозг специальными реабилитационными программами, можно заставить его «соединить» те символы, которые он сейчас получает, с образами, которые хранятся в памяти с тех пор, когда человек видел».

Прозреют все?

В нашей стране это первый подобный опыт. Операцию провёл директор научно-исследовательского центра офтальмологии РНИМУ им. Пирогова хирург-офтальмолог Христо Тахчиди . «Пациент сейчас дома, чувствует себя хорошо, впервые увидел внучку, - говорит профессор Х. Тахчиди. - Обучение у него идёт форсированными темпами. Ребята-инженеры из США, которые приехали подключать электронику спустя пару недель после операции, удивились, как быстро он освоил работу системы. Это удивительный человек, настроенный на победу. И его оптимизм передаётся врачам. Есть несколько программ обучения. Сейчас он учится обслуживать себя в быту - приготовить еду, убрать за собой. Следующий шаг - освоить самые необходимые маршруты: до магазина, аптеки. Дальше - научиться чётко видеть границы объектов, например пешеходной дорожки. Появление более качественной техники, а значит, и более качественного восстановления зрения, не за горами. Вспомните, какими были мобильные телефоны 10-15 лет назад и каковы они сейчас. Главное - пациент социально реабилитируется. Может обслуживать себя».

Правда, гордиться мы пока можем только виртуозным исполнением. Вся технология, равно как и конструкция, - импортные. Недешёвые. Только прибор стоит 160 тыс. долл. А вся технология целиком - 1,5 млн долл. Однако есть надежда, что скоро появятся отечественные приборы.

«Мы начали разработку ретинального имплантата совместно с Первым Санкт-Петербургским государственным медицинским университетом им. Павлова. Конечно, он будет дешевле и доступнее для пациентов, чем импортные», - обнадёжил «АиФ» главный офтальмолог Минздрава, директор НИИ глазных болезней им. Гельм-гольца Владимир Нероев .

Пока же бионическое направление в России активно развивается в других областях. В частности, при создании бионических протезов рук и ног. Ещё одно применение бионики - приборы для восстановления слуха. «Первая кохлеарная имплантация была сделана в России 10 лет назад, - говорит Вероника Скворцова. - Сейчас мы их делаем более тысячи в год и вошли в тройку лидеров в мире. Все новорождённые дети проходят аудиологический скрининг. Если есть определённые необратимые нарушения слуха, без очереди выполняется имплантация. Малыши развиваются, как и слышащие, учатся нормально говорить и не отстают в развитии».