Hur det är att se igen med en konstgjord näthinna

Elias Konstantopoulos får fläckiga glimtar av världen varje dag i ungefär fyra timmar, eller hur länge han än lämnar sin Argus II näthinnaprotesen påslagen. Den 74-årige invånaren i Maryland förlorade synen från en progressiv näthinnesjukdom för över 30 år sedan, men kan uppfatta vissa saker när han sätter på det bioniska synsystemet.

Bionic vision: Detta ljusavkännande implantat utvecklat av Tysklands Retina Implant innehåller 1 500 fotodioder.

Jag kan se om du är framför mig, och om du försöker gå iväg, säger han. Eller, om jag tittar på ett stort träd med systemet på kan jag kanske se lite mörker och om det är ljust ute och jag flyttar huvudet åt vänster eller höger kan jag se olika skuggor som talar om för mig att det finns något där. Det finns inget sätt att säga vad det är, säger Konstantopoulos.

En glasögonmonterad kamera fångar bilddata för Konstantopoulos; den data bearbetas sedan av en minidator som bärs på ett band och skickas till en neuronstimulerande uppsättning av 60 elektroder som implanterades på en av hans näthinnor 2009.

Nästan 70 personer runt om i världen har genomgått den tre timmar långa operationen för näthinneimplantatet, som utvecklades av Kaliforniens Andra synen och godkänd för användning i Europa 2011 och i USA tidigare i år (se Bionic Eye Implant Godkänd för amerikanska patienter). Det är det första synåterställande implantatet som säljs till patienter.

För närvarande är systemet endast godkänt för patienter med retinitis pigmentosa, en degenerativ ögonsjukdom som slår runt en av 5 000 personer över hela världen, men det är möjligt att Argus II och andra konstgjorda näthinnor under utveckling skulle kunna fungera för dem med åldersrelaterad makuladegeneration, vilket påverkar en av 2 000 personer i utvecklade länder. Under dessa tillstånd går ögats fotoreceptorceller (vanligen kallade stavar och kottar) förlorade, men resten av den neuronala vägen som kommunicerar visuell information till hjärnan är ofta fortfarande livskraftig. Konstgjorda näthinnor är beroende av denna återstående krets, så kan inte fungera för alla former av blindhet.

Många grupper runt om i världen arbetar med bioniska synsystem för att ersätta förlorade fotoreceptorer. De flesta använder en kamera som kommunicerar med ett implanterat chip, men varierar i antal elektroder i chipet och hur djupt chipet är placerat inuti näthinnan. Ytterligare andra undviker kameran för ljuskänsliga dioder i chippet.

tyskt företag Retina implantat , till exempel nyligen genomförda mänskliga tester med sitt implantat på 1 500 pixlar som inte är beroende av en kamera utan istället direkt skördar ljus och överför denna data till återstående neuroner (se Microchip Restores Vision ). En fotodioduppsättning ersätter fotoreceptorerna.

Befallande vy: California's Second Sight utvecklade Argus II-systemet, som skickar bilddata som tagits med en glasögonmonterad kamera till ett näthinnaimplantat.

Vissa personer med konstgjord näthinna kan läsa stora bokstäver, se långsamtgående bilar eller identifiera porslin. Andra patienter upplever ingen nytta. Variationen kan i vissa fall tillskrivas den exakta placeringen av den neuronstimulerande arrayen i den papperstunna näthinnan samt tillståndet för de återstående neuronerna och banorna i varje individs öga. Hur väl människor kan lära sig att använda enheten och träna om sin hjärna är också viktigt.

Patienterna kommer att skanna sin miljö och använda sitt minne för att rekonstruera det de ser, säger Raymond Iezzi , en kliniker - forskare som utför retinala operationer vid Mayo Clinic i Rochester, Minnesota. Han liknar skanningsstrategin vid att dra en pensel över en målning. Patienterna måste fylla i tomrummen för att koppla visuell input till ett lexikon av substantiv, och detta kräver en betydande mängd kognitiv förmåga, säger Iezzi.

När den är som bäst är den nuvarande synnivån mycket pixlad. Det man ser är ljusskurar som kallas fosfener. Det är inte riktigt naturalistisk vision, säger Iezzi. Second Sight säger att nivån av synskärpa med sin Argus II är 20/1 260 och Retina Implant säger att den bästa synskärpan som uppnås med dess enhet är 20/1 000. Som jämförelse är normal syn 20/20 och tröskeln för laglig blindhet i USA är 20/200 (vilket indikerar att en person kan se ett föremål på 20 fot bort som en normalsynt person kan se på 200 fot).

Det är inte att återställa synen som du och jag tänker på, det är att återställa rörligheten, säger vi Stefan Rose , forskningschef för Foundation Fighting Blindness. De ger kontrast så att någon kan se skillnad i ljus och mörker till den grad att de kan berätta hur man går genom en dörröppning, säger han. Detta är mycket början.

Näthinnaproteser är på det stadium cochleaimplantat var för 30 år sedan, säger Anthony Burkitt , ansvarig för Bionic Vision Australien , ett konsortium av forskare som utvecklar ett retinalt implantatsystem. Den tekniken gick från att vara ett hjälpmedel för läppläsning till den punkt nu där barn med ett cochleaimplantat kan gå igenom vanlig skola och till och med använda mobiltelefoner, säger Burkitt. Med retinala implantat vet vi nu att det har kliniska fördelar för patienterna, och jag tror att vi kommer att se denna teknik utvecklas mycket snabbt under det kommande decenniet.

Experter är överens om att ett sätt att förbättra synen som ges av dessa system är att lägga till fler stimulerande elektroder. Second Sight planerar till exempel att flytta från 60 till 240 elektroder i en framtida modell.

Men tusentals pixlar kommer sannolikt att krävas för ansiktsigenkänning och andra detaljerade visuella uppgifter, och många konstgjorda näthinnateknologier kommer att ha problem med att nå så stort antal pixlar eftersom de är beroende av ledningar, säger Daniel Palanker , en biofysiker vid Stanford University. Ledningar används för att ansluta en strömkälla till elektroder, vilket kräver ett kirurgiskt ingrepp för att lägga anslutningen genom ögongloben. För att undvika denna begränsning utvecklar Palanker och kollegor ett trådlöst system som överför bilddata som fångats av en videokamera till ett fotovoltaiskt chip i ögat. Istället för att överföra synligt ljus till chipet använder hans system nära-infrarött ljus som strålas ut till flexibla uppsättningar av små pixlar i näthinnan. Teamet har testat systemet på blinda råttor och arbetar nu med ett företag för att testa enheten på patienter.

Men även tusentals pixlar är långt ifrån en miljon, vilket är ungefär vad vi har i det naturliga ögat, säger Shawn Kelly , en elektroingenjör vid Carnegie Mellon University i Pittsburgh. Och även då finns det mycket bearbetning som näthinnan gör som vi kommer att hoppa över med en konstgjord näthinna.

När fotoreceptorer upptäcker ljus omvandlar de den informationen till kemiska signaler som stimulerar andra neurontyper som bearbetar rörelse, färg och andra detaljer från signalerna och sedan skickar informationen till synnerven, som ansluter till hjärnan. Beroende på var de stimulerande arrayerna är placerade kommer konstgjorda näthinnor att utelämna ett eller flera lager av informationsbehandling.

Sättet vi samverkar med nervsystemet är funktionellt, men det är inte naturligt, säger Kelly. Jag tror att det kommer att ta lång tid att utveckla sätt att få bättre syn, och jag tror inte att det någonsin kommer att bli helt naturligt.

Ändå är hjärnan anmärkningsvärt anpassningsbar och kan lära sig att bearbeta även främmande information. Vi räknar med hjärnans plasticitet för att lära oss om detta nya stimuleringsspråk och ge rimlig syn, säger Palanker. Försäkran om att detta är ett rimligt antagande kommer från området cochleaimplantat.

Människor med konstgjord näthinna uppnår bättre syn över tid. Tim Reddish, en 55-årig Nottingham, England, bosatt som förlorade synen på grund av retinitis pigmentosa, implanterades med en Retina Implant-enhet i november och har uppnått imponerande resultat under de mellanliggande månaderna. Han förväntar sig att hans förmågor kommer att fortsätta att förbättras. I labbmiljön säger Reddish, en guldmedaljvinnande före detta paralympisk simmare, att han kan identifiera bestick och glas och till och med läsa av tiden från en klocka med hög kontrast. Utanför, säger han, kan han upptäcka raderna av byggnader med glasdörrar och strålkastarna på långsamma bilar på natten. Han hoppas att till sommaren, en ljusare brittisk sol och fortsatt träning kommer att hjälpa honom att se mer.

Synskärpa är inte den enda utmaningen för dessa enheter. De hårda, kiselbaserade chipsen placeras i en extremt ömtålig vävnad som är en del av en vätskefylld rörlig klot. Chips kan glida ur sin plats. Dessutom måste de implanterade enheterna överleva kroppens tuffa förhållanden i flera år utan att skada användarna. Vi kommer inte att veta om mycket långsiktig säkerhet på flera år, säger Rose.

Även om målet för många forskare som utvecklar konstgjorda näthinnor är att närma sig naturlig syn, överväger vissa en större värld av ljus. Vissa kameror fungerar i våglängder som även människor inte ser, så potentiellt kan du ha blinda patienter som använder [ett Second Sight-system] för att se saker som andra inte kan, säger Brian Mech, vice vd för affärsutveckling med Second Sight. Det företaget arbetar också med en idé som skulle avstå från retinal stimulering för direkt stimulering av den visuella cortex, hjärnregionen som bearbetar bilder. Istället för att bara kunna behandla yttre retinala degenerationer, kunde vi i huvudsak behandla blindhet på grund av vilken orsak som helst, säger Mech.

Under tiden kommer forskare att fortsätta att finjustera systemen och försöka återställa mer syn för dem som har förlorat den, och patienter som Konstantopoulos är ivriga att se deras framsteg. Även den skuggan jag kan se framför mig, oavsett om det är en person eller något annat, är något från ingenting, säger Konstantopoulos. Det får dig att känna och hoppas att något bättre kommer upp snart.

Dölj