Можно осторожно утверждать, что мы являемся свидетелями зарождающейся бионической революции. Инженерия и хирургия позволяют людям вернуть утерянные чувства. Например, Лайфхакер писал о , способной возместить человеку чувство осязания ампутированной конечности. Сегодняшний материал посвящен другому ощущению человека — зрению. Именно визуально мы получаем большую часть информации, поступающей к нам от окружающего мира. К сожалению, образ жизни современного человека и врожденные заболевания притупляют наше зрение. В одних случаях на помощь придет , в более сложных — ультрасовременные протезы. Предлагаем ознакомиться с двумя схожими разработками бионических глаз, которые способны частично вернуть зрение в, казалось бы, безнадежных ситуациях.

Рассмотрим наиболее успешные разработки, уже проходящие тестирование на реальных пациентах.

Argus II Retinal Prosthesis System

В конце января американские хирурги выполнили операцию по имплантации искусственной сетчатки глаза больному пигментным ретинитом. Это дегенеративное наследственное заболевание характеризуется постепенной потерей светочувствительности сетчатки глаза. Имплантат представляет собой лист из 60 электродов, устанавливаемый в глаз. Специальные электронные очки оснащены видеокамерой, захватывающей изображение со стекол. Полученный сигнал передается в виде серии импульсов на электроды, стимулирующие оставшиеся нервные волокна пациента.

Argus II не дает привычной картинки нормального зрения. Вместо этого, аппарат позволяет пациентам видеть вспышки света, которые они могут научиться интерпретировать как визуальные модели. Процесс обучения занимает от одного до трех месяцев. Конечно, протез еще далек от совершенства, но развитие все же идет в правильном направлении. Со временем ученые намерены усовершенствовать свою технологию. Стоимость без проведения операции составляет $150 000.

Alpha IMS

Возможно, более интересная разработка немецких умов. Принцип схож. Бионический глаз контролирует интенсивность света с помощью электродов, имплантированных под сетчатку пациента, до его подачи в микрочип, ответственный за передачу сигнала прямиком в мозг. Тем самым, мозг обрабатывает привычные для себя данные здорового глаза человека. В результате пациент видит черно-белое изображение. За ухом устанавливается регулятор яркости, и вся система работает без проводов, питаясь от карманного аккумулятора.

Протез имеет намного большее количество электродов в сравнении с американской разработкой. 1 500 против 60, тем самым предлагает изображение гораздо большего разрешения и четкости. Установка имплантата позади сетчатки также позволяет пациенту более естественно поворачивать глаза и голову.

Девять пациентов уже был оснащены протезами, восемь операций были успешными. Отзывы испытуемых обнадеживают. Пациенты смогли на крупных планах различать движения рта, например, улыбку, определять наличие очков на лице прохожих, а также распознавать столовые приборы, телефоны и мелкие детали вещей. В диапазоне далекого зрения пациенты могли разобрать линию горизонта, дома, деревья и реки.

Дополнительные тестирования проводятся в странах Европы. Ученые испытывают долгосрочность стабильности и безопасности применения имплантата. Исследователи также надеются разработать специальные методы обучения, чтобы помочь пациентам улучшить свои способности распознавания объектов.

Надеемся, озвученные технологии будут признаны полностью безопасными для длительного использования, а их цена будет существенно снижена.

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

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.

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.

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.