Представлен бионический глаз с беспроводным подключением

Система искусственного зрения состоит из видеоочков и имплантата сетчатки на базе фотоэлементов. В отличие от аналогов, в ней не используется громоздкое проводное соединение видеодатчиков с электродами, что позволяет говорить о значительно большей практичности разработки. Нет и необходимости во вживлении аккумулятора — подпитка также осуществляется в беспроводном режиме.

Бионический глаз, появившийся в 1968 году, всегда был громоздким, что не позволяло применять его на практике. Джеймс Лодин и его коллеги из Стэнфордского университета (США) предложили решение, сводящее на нет эту непрактичность, применив специальные очки, которые испускают импульсы в ближнем инфракрасном диапазоне прямо в кремниевые фотоэлементы, имплантированные в поверхность сетчатки. Итог: вживляемая часть бионического глаза значительно меньше и проще по своему устройству, а главное — не требует какой-либо дополнительной энергетической подпитки.

Работа, описывающая новую систему, опубликована 13 мая в журнале Nature Photonics.

Чтобы проверить работоспособность своей схемы, г-н Лодин и коллеги провели опыты на сетчатке крыс, куда предварительно были имплантированы фотоэлементы. Для обработки изображения, получаемого миниатюрной камерой очков (внешне похожих на видеоочки), использовался обычный карманный компьютер. Серия коротких (от 0,5 до 4 мс) инфракрасных импульсов с длиной волны 880–915 нм передавалась на фотоэлементы в сетчатке. Энергия импульсов была ничтожна: всего 0,2–10 мВт/мм², что на два порядка ниже безопасного уровня. Столь невысокая интенсивность предусмотрена на случай использования системы человеком с частичной потерей зрения, у которого ещё остаются активные участки сетчатки. После того как фотоэлементы получали эти импульсы, они стимулировали нервные окончания глаза, передавая на них изображение.

Прежде необходимость имплантировать всю электронику бионического глаза (а также мощный источник питания) прямо в глаз вызывала массу проблем медицинского характера. После вживления относительно объёмных устройств возникало воспаление, связанная с ним потеря нервных клеток рядом с имплантатом, а также накопление астроцитов, плавно переходящее в формирование астроглии, своего рода плёнки, блокирующей сигнал от электродов к нервным окончаниям в глазу. Чтобы избежать этого, надо было увеличивать расстояние между электродами (это снижало интенсивность воспалительного процесса и формирования астроглии). Но тогда резко падала максимально допустимая плотность потока видеоинформации, которую удавалось передать нервным окончаниям слепого.

Другим существенным недостатком предшествующих схем бионического глаза было то, что для изменения направления «взгляда» пациенту требовалось самостоятельно перемещать внешнюю камеру в пространстве, поскольку использовать естественный вид перемещения взгляда он не мог. Применение для передачи данных фотоэлементов, с их измеряемой в нанометрах толщиной и отсутствующими проводами, сняло основную часть проблем. Поскольку информационные импульсы, посылаемые видеоочками на фотоэлементы, одновременно снабжают последние энергией, также отпала необходимость в имплантации источника питания.

Наконец, чтобы переместить взгляд в пределах поля зрения видеоочков, пациент может просто повернуть глаз в нужном направлении, и информация, подаваемая на фотоэлементы и в мозг, сразу же изменится так, как это происходит у здорового человека. Другой важный момент: фотоэлементы-электроды могут быть имплантированы с относительно высокой плотностью без последующего воспаления и образования астроглии, а значит, разрешение такого искусственного глаза будет весьма и весьма неплохим.

Эберхарт Цреннер из Тюбингенского университета (ФРГ), который не участвовал в исследовании, считает, что потребуется от одного до двух лет, чтобы разработка дошла до рынка (ведь среди прочего ей нужно будет получить массу сертификационных документов). Однако практически все специалисты сходятся на том, что это самое элегантное и одновременно функциональное из всех доселе представленных решений в области бионического глаза.

Подготовлено по материалам Nature News.

Система искусственного зрения состоит из видеоочков и имплантата сетчатки на базе фотоэлементов. В отличие от аналогов, в ней не используется громоздкое проводное соединение видеодатчиков с электродами, что позволяет говорить о значительно большей практичности разработки. Нет и необходимости во вживлении аккумулятора — подпитка также осуществляется в беспроводном режиме.

Бионический глаз, появившийся в 1968 году, всегда был громоздким, что не позволяло применять его на практике. Джеймс Лодин и его коллеги из Стэнфордского университета (США) предложили решение, сводящее на нет эту непрактичность, применив специальные очки, которые испускают импульсы в ближнем инфракрасном диапазоне прямо в кремниевые фотоэлементы, имплантированные в поверхность сетчатки. Итог: вживляемая часть бионического глаза значительно меньше и проще по своему устройству, а главное — не требует какой-либо дополнительной энергетической подпитки.

Работа, описывающая новую систему, опубликована 13 мая в журнале Nature Photonics.

Чтобы проверить работоспособность своей схемы, г-н Лодин и коллеги провели опыты на сетчатке крыс, куда предварительно были имплантированы фотоэлементы. Для обработки изображения, получаемого миниатюрной камерой очков (внешне похожих на видеоочки), использовался обычный карманный компьютер. Серия коротких (от 0,5 до 4 мс) инфракрасных импульсов с длиной волны 880–915 нм передавалась на фотоэлементы в сетчатке. Энергия импульсов была ничтожна: всего 0,2–10 мВт/мм², что на два порядка ниже безопасного уровня. Столь невысокая интенсивность предусмотрена на случай использования системы человеком с частичной потерей зрения, у которого ещё остаются активные участки сетчатки. После того как фотоэлементы получали эти импульсы, они стимулировали нервные окончания глаза, передавая на них изображение.

Прежде необходимость имплантировать всю электронику бионического глаза (а также мощный источник питания) прямо в глаз вызывала массу проблем медицинского характера. После вживления относительно объёмных устройств возникало воспаление, связанная с ним потеря нервных клеток рядом с имплантатом, а также накопление астроцитов, плавно переходящее в формирование астроглии, своего рода плёнки, блокирующей сигнал от электродов к нервным окончаниям в глазу. Чтобы избежать этого, надо было увеличивать расстояние между электродами (это снижало интенсивность воспалительного процесса и формирования астроглии). Но тогда резко падала максимально допустимая плотность потока видеоинформации, которую удавалось передать нервным окончаниям слепого.

Другим существенным недостатком предшествующих схем бионического глаза было то, что для изменения направления «взгляда» пациенту требовалось самостоятельно перемещать внешнюю камеру в пространстве, поскольку использовать естественный вид перемещения взгляда он не мог. Применение для передачи данных фотоэлементов, с их измеряемой в нанометрах толщиной и отсутствующими проводами, сняло основную часть проблем. Поскольку информационные импульсы, посылаемые видеоочками на фотоэлементы, одновременно снабжают последние энергией, также отпала необходимость в имплантации источника питания.

Наконец, чтобы переместить взгляд в пределах поля зрения видеоочков, пациент может просто повернуть глаз в нужном направлении, и информация, подаваемая на фотоэлементы и в мозг, сразу же изменится так, как это происходит у здорового человека. Другой важный момент: фотоэлементы-электроды могут быть имплантированы с относительно высокой плотностью без последующего воспаления и образования астроглии, а значит, разрешение такого искусственного глаза будет весьма и весьма неплохим.

Эберхарт Цреннер из Тюбингенского университета (ФРГ), который не участвовал в исследовании, считает, что потребуется от одного до двух лет, чтобы разработка дошла до рынка (ведь среди прочего ей нужно будет получить массу сертификационных документов). Однако практически все специалисты сходятся на том, что это самое элегантное и одновременно функциональное из всех доселе представленных решений в области бионического глаза.

Подготовлено по материалам Nature News.