Бионический глаз научился читать верхнюю строчку офтальмологической таблицы

Группа разработчиков под руководством Анри Лорака (Henri Lorach) из Стенфордского университета описала принципиально новый зрительный протез сетчатки. Соответствующая работа вскоре будет опубликована в журнале Biomedical Circuits and Systems.

Как известно, человеческий глаз не только крайне сложно устроен, но и расходует немало энергии. Даже нынешние «протезы» глаза, имеющие разрешение резко уступающее глазам здорового человека, требуют большого количество энергии. Питать их от батареи неудобно, потому что имплантируемое за сетчатку глаза устройство не должно быть массивным или объемным, а питание протеза по проводам создает массу неудобств.

Поэтому единственный продающийся на сегодня вариант «искусственного глаза» – Argus II компании Second Sight – использует беспроводную подачу энергии радиоволнами. Однако поскольку энергия электромагнитных волн прямо связана с их длиной, слишком длинные радиоволны с трудом могут снабжать имплантант нужным количеством энергии. И это является одним из ключевых факторов, сдерживающих повышение разрешения искусственного зрения.

Разработанный группой Лорака имплантант представляет собой микросхему площадью 100 квадратных миллиметров, размещаемую позади сетчатки глаза. Она состоит из пикселей размером в 70 микрометров, каждый из которых содержит светодиод и электрод. Первый воспринимает излучение, поступающий в глаз, второй передает полученную информацию глазному нерву. Использование такого бионического глаза возможно лишь при таких заболеваниях (пигментный ретинит и др.) когда фоторецепторные клетки сетчатки умирают, однако сам зрительный нерв остается здоровым. На него и передает информацию микросхема. Разумеется, даже при самом скромном разрешении такое большое количество светодиодов и электродов требует немало энергии.

Чтобы покрыть их потребности, разработчики использовали фотоэлементную подпитку глазного имплантата. Видимый свет для этого использовать невозможно, так как он сильно поглощается тканями глаза. Поэтому исследователи интегрировали в носимые пациентом очки не только средства распознавания изображения, но и мощный инфракрасный излучатель, направляющий ИК-излучение в микросхему, вживленную за сетчаткой. В результате один и тот же пучок инфракрасных волн несет как информацию об объектах, находящихся перед человеком, так и энергию, которую полупроводники микросхемы преобразуют в электричество, нужное для передачи сигналов в мозг по глазному нерву.

Ранее исследователи успешно стимулировали таким образом глазной нерв крыс, и им удалось добиться от животных поведенческих реакций близких к тем, которые они показывали с нормальным зрением. Плотность потока ИК-излучения при этом оказалась достаточно низкой, чтобы не травмировать ткани глаза.

Благодаря значительному количеству пикселей новое устройство позволило добиться существенного прогресса в области остроты искусственного зрения. Участвовавшие в эксперименте крысы достигли остроты зрения, эквивалентного уровню 20/250 человеческого зрения. Это означает, что пациент с таким имплантатом должен различать буквы в верхнем ряду стандартной офтальмологической таблицы, но ни одной буквы из всех остальных рядов.

Более ранние варианты «искусственного глаза» с трудом достигали уровня 20/1260 (уже продающийся Argus II), то есть речь шла скорее о различении силуэтов людей, а не о чтении букв. Нормы ВОЗ считают слепым человека со зрением хуже 20/500, а законодательство США – всех с уровнем хуже 20/200. Если будущие опыты на людях подтвердят оценки группы Лорака, новое устройство станет первым, которое позволит слепым в правовом отношении вновь стать зрячими – по крайней мере, с точки зрения ВОЗ.

Ранее самым многообещающей разработкой в этой области считался еще проходящий испытания имплантат немецкой Retinal AG, который дает уровень зрения 20/500, что существенно меньше обещаемого стэнфордцами. Более того, Лорак сообщил, что его группа работает над повышением разрешения бионического глаза до 20/120, что позволит ослепшим от пигментного ретинита стать зрячими даже по американским правовым нормам, дав им способность различать крупные буквы чуть ниже самой верхней строки таблицы офтальмолога.

Клинические испытания новой технологии на людях начнутся в 2016 году, и французская компания Pixium Vision уже ведет подготовку коммерциализации нового продукта.