Глазные имплантанты. Бионический глаз — мифы и реальность. Бионический глаз: что это

В 2018 году 39 миллионов человек остаются слепыми. Из-за наследственных заболеваний, старения тканей, инфекций или травм. Одна из главных причин - это болезни сетчатки. Но наука развивается так быстро, что фантастика переходит из книг в лаборатории и операционные, снимая барьер за барьером. Ниже мы рассмотрим, какое будущее ждет офтальмологию, как будут лечить (и уже лечат), возвращать зрение, диагностировать недуги и восстанавливать глаза после операций.

Киборгизация: бионические глаза

Главный тренд офтальмологии будущего - бионические глаза. В 2018 году уже существуют 4 успешных проекта, и искусственные глаза сейчас - далеко не картинка из футуристического фэнтези.

Самый интересный проект - это Argus II от Second Sight. Устройство состоит из импланта, очков, камеры, кабеля и видеопроцессора. Имплант, имеющий передатчик, вживляется в сетчатку. Носимая с очками камера фиксирует изображения, которые процессор обрабатывает, генерируя сигнал, передатчик импланта принимает его и стимулирует клетки сетчатки. Так реконструируется зрение. Разработка изначально предназначалась для больных макулодистрофией. Это возрастное заболевание, оно сопровождается слабым кровоснабжением центра сетчатки и приводит к слепоте.

В чем недостаток технологии? Устройство стоит баснословные 150 тысяч долларов и не возвращает зрение полностью, лишь позволяя различать силуэты фигур. По состоянию на 2017 год 250 человек носят Argus II, что, безусловно, ничтожно мало.

У Argus II есть аналоги. Например, Boston Retinal Implant. Он тоже создан специально для пациентов с макулодистрофией и пигментным ретинитом (разложением фоторецепторов сетчатки). Он работает по похожему принципу, направляя сигналы нервным клеткам и создавая схематичное изображение объекта. Стоит назвать и IRIS, созданный для пациентов на последних стадиях деградации сетчатки. IRIS состоит из видеокамеры, носимого процессора и стимулятора. От них отличается Retina Implant AG. Имплант улавливает фотоны и активирует зрительный нерв, при этом устройство обходится без внешней камеры.

Импланты в головном мозге

Как ни странно, лечить зрение можно, не касаясь глаз. Для этого достаточно вживить в мозг чип, который будет стимулировать короткими электрическими разрядами зрительную кору. В этом направлении работает упомянутый выше Second Sight. Компания разработала альтернативную версию Argus II, которая совсем не затрагивает глаза и работает с мозгом напрямую. Девайс будет стимулировать нервные клетки током, извещая мозг о потоке света.

Искусственная сетчатка

Мы сказали, что пигментный ретинит поражает фоторецепторы сетчатки, из-за чего человек перестает воспринимать свет и слепнет. Это заболевание кодируется генетически. Сетчатка состоит из миллионов рецепторов. Мутация лишь в одном из 240 генов запускает их гибель и портит зрение, даже если связанные с ней зрительные нейроны будут целы. Как быть в этом случае? Имплантировать новую сетчатку. Искусственный аналог состоит из электропроводящего полимера с шелковой подложкой, завернутого в полимерный полупроводник. Когда падает свет, полупроводник поглощает фотоны. Вырабатывается ток и электрические разряды касаются нейронов сетчатки. Эксперимент с мышами показал, что при освещенности в 4-5 лк (Люксов), как в начале сумерек, мыши с имплантами реагируют на свет так же, как и здоровые грызуны. Томография подтвердила, что зрительная кора мозга крыс была активна. Неясно, будет ли разработка полезной для людей. Итальянский технологический институт (IIT) обещает отчитаться о результатах опытов в 2018 году.

Ошибка в коде

Носимые, вшиваемые и встраиваемые устройства - не единственная надежда офтальмологии. Для того, чтобы вернуть зрение, можно переписать генетический код, из-за ошибки в котором человек начал слепнуть. Метод CRISPR, который базируется на инъекции раствора с вирусом, несущим правильный вариант ДНК, излечивает наследственные заболевания. Исправление кода позволяет бороться с возрастной дегенерацией сетчатки, а также с амаврозом Лебера - крайне редким недугом, убивающим светочувствительные клетки. В мире им страдает около 6 тысяч человек. Препарат Luxturna обещает покончить с ним. Он содержит раствор с правильной версией гена RPE65, шифрующим структуру необходимых белков. Это инъекционный препарат - его вводят в глаз микроскопической иглой.

Диагностика и восстановление после операции

Сопровождающий нас повсюду смартфон - прекрасный инструмент для быстрой и точной диагностики. Например, синхронизированный со смартфоном офтальмоскоп Peek Vision позволяет делать снимки сетчатки где и когда угодно. А Google в 2016 году представил алгоритм анализа изображений, основанный на искусственном интеллекте, который позволяет выявлять признаки диабетической ретинопатии на снимках сетчатки. Алгоритм отыскивает мельчайшие аневризмы, указывающие на патологию. Диабетическая ретинопатия - это тяжелое поражение сосудов сетчатой оболочки глаза, ведущее к слепоте.

Будущее - за быстрым восстановлением после операций. Интересен препарат Cacicol, представленный турецкими исследователями в 2015 году. Их разработка снимает боль, повышенную чувствительность и жжение после операции на глазах. Препарат уже опробовали клинически: пациенты, которым сшивали роговицу (этот метод используется при лечении ее истончения - кератоконуса), отмечали снижение побочных эффектов.

Каким будет зрение будущего?

Уже сейчас офтальмология достигла поразительных успехов: прежде неизлечимую слепоту можно обратить, а наследственные заболевания побороть, переписав несколько участков генетического кода. В каком направлении будет идти развитие? Попробуем предположить:

Лучше предотвратить, чем лечить. Окулист в смартфоне и нейронная сеть, ставящая диагноз, обещают заметно сократить риск запущенных и едва излечимых болезней глаз. Дополненная реальность (AR) позволит распространять медицинские знания в игровой и необременительной форме. Уже сейчас есть приложения AR, моделирующие последствия катаракты и глаукомы. Знание, как известно, сила. Заменить, если нельзя вылечить. Киборгизация - это ключевой медицинский тренд. Нынешние разработки хороши, но они реконструируют зрение лишь отчасти, позволяя различать размытые контуры. В ближайшие 10 лет технология будет идти по пути повышения качества изображения и детализации. Важная задача - избавиться от носимых компонентов: камеры, очков, кабеля. Имплант должен стать мягче и, можно сказать, дружелюбнее для тканей человека, чтобы не ранить их. Вероятно, чипы без внешних вспомогательных элементов, вживляемые прямо в мозг - это самая перспективная ветка киборгизации зрения. Дешевле и доступнее: 150 тысяч долларов за устройство пока делают бионические глаза очень далекими от рынка и недосягаемыми для большинства больных. Следующий шаг - сделать их максимально доступными. Восстановление за часы: вживление чипов, коррекция сетчатки и даже исправление ДНК требуют хирургического вмешательства. Оно оставляет резь, жжение, фантомные боли и другие неприятные следствия. Препараты будущего будут регенерировать поврежденные ткани за часы. Фантастическое зрение для всех: мгновенный снимок с помощью глаза и сетчатка, подключенная к интернету, только сейчас выглядят как научная фантастика.

Многообещающие результаты показывают, что слепые пациенты могут восстановить зрение при помощи микрочипа, расположенного под сетчаткой. Это стало известно после окончания первой части второго клинического испытания устройства, прошедшего в Германии.

Пациенты, принимавшие участие в исследовании, отчет о котором был опубликован в «Судопроизводстве Королевского Сообщества», потеряли зрение в результате пигментной дистрофии сетчатки (ПДС). Они использовали устройство как в домашних условиях, так и за пределами своего жилища.

Пигментная дистрофия сетчатки – одно из наиболее распространенных унаследованных глазных расстройств. Ею страдает около 1,5 миллиона человек во всем мире. Это прогрессивное состояние, которое ухудшается с возрастом, становясь причиной больших проблем со зрением. Ретинальный (сетчаточный) имплантат вселяет надежду на возобновление зрения у людей, страдающих от ПДС.

Участники исследования могли без проблем читать, распознавать разные записи (телефонные номера, например), узнавать лица, а также разбирать обозначения на дверях.

Электронный глаз был произведен компанией «Retina Implant AG» в форме микрочипа размером три на три миллиметра. В микрочипе размещено 1500 электродов. Он имплантируется под сетчатку, обеспечивая искусственное зрение.

Для функционирования чипа требуется подзарядка. Он получает энергию индуктивно от катушки передатчика, вживленного под кожу. Ретинальный имплантат впитывает свет, попадающий на поверхность глаза, превращая его в электрическую энергию и стимулируя здоровые нервные окончания внутри сетчатки.

Стимуляция передается в мозг посредством оптического нерва, улучшая, таким образом, поле зрения.

В данном исследовании большая часть из девяти немецких пациентов смогли возвратить себе функциональное зрение при помощи субретинального имплантата. Наблюдение за субъектами научной работы велось на протяжении от трех до девяти месяцев после ее начала.

Профессор Эберхарт Цреннер , доктор медицины и руководитель клинических исследований, представляющий Институт Офтальмологических Исследований в глазной лечебнице при Университете Тюбигена (Германия), говорит:

«Результаты нашего первого клинического испытания превзошли ожидания, а результаты второго только укрепили нашу уверенность в том, что мы на правильном пути. Будучи врачами, мы постоянно ищем варианты улучшения условий лечения для наиболее нуждающихся в нем пациентов, к которым принадлежат и люди с последней стадией пигментной дистрофии сетчатки.

Данное исследование обеспечивает новые доказательства того, что технология субретинальных имплантатов может помочь некоторым пациентам восстановить функциональное зрение без использования какого-либо громоздкого оборудования».

На прошлой неделе Управление Питания и Фармацевтики (УПФ, США) одобрило использование ретинальной системы протезирования «Аргус II». Данное устройство помогает пациентам с последней стадией пигментной дистрофии сетчатки восстановить зрительное восприятие в небольших пределах. Приспособление состоит с крошечной видеокамеры, единицы обработки видеоинформации (ЕОВ), передатчика, который вмонтирован в очки, а также имплантированного ретинального протеза (искусственная сетчатка).

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

Сегодня во всем мире живет примерно 285 миллионов людей с различными нарушениями зрения, из которых порядка 36 миллионов являются полностью слепыми. Чтобы облегчить их жизнь во многих странах сегодня разрабатываются различные методы лечения и технологии, основанные на использовании стволовых клеток, генной терапии и разного рода фармакологического воздействия. Но для людей, потерявших зрение в результате дегенеративных изменений в сетчатке, есть еще одна надежда – разрабатываемые сейчас устройства, получившие название ретинальные протезные системы или проще - бионические глаза (надо отметить, что должны оставаться сохранными некоторые клетки сетчатки).

На данный момент, за 25 лет разработок и длительных испытаний подобные "протезы зрения" имеют уже более 260 людей во всем мире, в России же первая имплантация ретинального протеза была произведена в 2017 году.

Бионический глаз: что это?

Ретинальная протезная система или просто "бионический глаз" - это система искусственного зрения для людей, потерявших зрение в результате болезни, связанной с дегенерацией наружного слоя клеток сетчатки – фоторецепторов, клеток, которые будучи живыми трансформируют свет в понятный мозгу электрический сигнал. Такие устройства имеют различные конструкции, но основной их рабочей частью являются матрицы микро-электродов, которые хирургическим путем помещаются в глаз, в области глазного нерва (который передает импульсы из глаза в мозг) или непосредственно в головной мозг. Эти микро-электроды, в зависимости от вида протеза могут стимулировать либо все еще функционирующую часть сетчатки потерявшего зрение человека, либо зрительный нерв как проводящую структуру или воздействать непосредственно на визуальный отдел коры головного мозга. Стимуляция происходит за счет слабых электрических импульсов, примерно так же, как это происходит при применении кохлеарного имплантата.

Электростимуляция нейронов воспринимается человеком как появление небольших световых пятен, которые носят название «фосфены». Такие фосфены позволяют человеку с бионическим глазом получать видение сформированного устройством (с помощью камеры или без нее) окружающего пространства. На самом деле пока бионический глаз не может обеспечивать нормальное зрение и далек от идеала, а "показывает" набор световых пятен и форм, подобных световой мозаике, которую человек после определенной тренировки может использовать для идентификации окружающей его среды. Но исследования продолжаются и качество таких устройств становится все лучше.

История вопроса

Системы бионического зрения разрабатываются сразу в нескольких странах и эти проекты находятся сегодня в разной стадии готовности. Причем пока считается, что подобные бионические системы пригодны только для людей, потерявших зрение вследствие дегенеративных заболеваний зрения, таких как, например, и . Это связано с тем, что при таких заболеваниях определенная часть клеток сетчатки, как и глазной нерв, остаются неповрежденными.

В настоящее время лишь несколько подобных бионических протезов разрешены к коммерческому использованию регуляторами отрасли здравоохранения разных стран. Это Argus II, разработанный в США, немецкая система RI Alpha AMS, IRIS II из Франции и принципиально отличающаяся от них система VisionCare (США).

Виды имплантатов

По своей конструкции и методам функционирования глазные имплантаты делятся на эпиретинальные (на сетчатке), субретинальные (позади сетчатки), супрахориоидальные (выше сосудистой оболочки), интрасклеральные, на зрительном нерве, а также имплантируемые в мозг.

Эпиретинальные импланты

Argus II ( Second Sight , США)

Система Argus, разработанная американской компанией Second Sight, является самым первым имплантируемым в глаз протезом, который стал применяться для частичного восстановления зрения у людей, страдающих тяжелой формой . Кроме того, этот имплантат тестировался для применения у людей с более часто встречающимся заболеванием - . Argus - эпиретинальная система, т.е. имплантат помещается поверх сетчатки. Впервые это устройство было имплантировано человеку в 2006 году. Сегодня компания использует вторую версию этого протеза - Argus II, который уже имеет разрешение на использование от европейских (2011 г.) и американских (2013 г.) регуляторов отрасли здравоохранения.

Это устройство использует камеру, интегрированную в очки, и имплантат, располагающийся частично вокруг глаза и частично на поверхности сетчатки. Argus II пока что позволяет человеку видеть только тени и очертания фигур. При этом все, что видит камера, преобразуется в электрические сигналы, которые беспроводным образом транслируются в имплантат. В свою очередь имплантированный чип стимулирует клетки сетчатки, заставляя их отправлять полученную информацию в оптический нерв и дальше для обработки в зрительную кору головного мозга.

Сама операция имплантации длится порядка пяти часов и через две недели пациент надевает очки, чтобы начать учиться использовать Argus II.

Стоимость:

Цена устройства - около $150 000, без учета стоимости операции и тренинга для обучения пользованию этой системой.

• Обеспечивает возможность ориентироваться в пространстве
• Некоторые пользователи получают возможность читать большие буквы и самостоятельно передвигаться в городе.

Недостатки устройства:

• В сущности, человек не получает нормального зрения и это связано с тем, что данная версия импланта имеет только 60 электродов, а для того, чтобы видеть хорошо, необходимы примерно 1 млн электродов
• Высокая стоимость
• Относительно громоздкие очки

IRIS II (Pixium Vision, Франция )

Система бионического зрения IRIS II, предназначенная для людей, потерявших зрение вследствие пигментного ретинита, использует камеру, встроенную в специальные очки, и состоящий из 150 электродов эпиретинальный имплант, устанавливаемый на сетчатке. Технология разработана специально для людей, те же патологические изменения, что и при Argus II.

Принцип работы устройства основан на том, что изображение улавливается камерой, затем попадает в миниатюрный компьютер, подключенный к очкам проводом, где обрабатывается и по беспроводному каналу передается на имплантат. Имплантат с помощью электродов стимулирует зрительный нерв, позволяя пользователю различать черный и белый цвет, а также около десяти оттенков серого цвета. Камера в очках имеет независимые пиксели, которые непрерывно распознают изменения в окружающей среде. В сущности, система работает как матрица клеток-фоторецепторов, которые она заменяет, обеспечивая людей базовыми возможностями зрения, которого без этого устройства они не имели.

Так же, как и в случае с Argus II, по мере использования «зрение» будет постепенно приспосабливаться и через некоторое время человек научится распознать лица людей. Уверенность ученым дают испытания, проведенные на животных, в частности, зрение крыс удавалось восстанавливать до уровня 20/250, т.е. для людей это означает возможность читать текст, написанный крупными буквами, и различать лица.

Стоимость:

Нет данных.

Достоинства бионического глаза:

• Более высокая разрешающая способность, чем у Argus II (в 2,5 раза)
• После длительного использования позволяет различать лица и читать крупные буквы
• Внешняя электроника также позволяет иметь полный контроль над обработкой изображений и даже адаптировать обработку для каждого пациента

Недостатки:

• Относительная непродолжительность работы имплантата, что со временем требует его замены
• Необходимость внешнего устройства, которое достаточно громоздкое
• Высокая стоимость операции и устройства
• Не позволяет различать цвета

PRIMA (Pixium Vision, Франция)

Новая система компании Pixium Vision предназначена для помощи людям, страдающим сухой формой при которой нарушается центральное зрение. Как и IRIS, PRIMA работает в паре с очками, которые с помощью камеры снимает окружающую пользователя сцену, передает информацию на компьютер для обработки, который затем передает ее на сам имплантат с помощью инфракрасного излучения (к которому чувствительная электродная решетка). С помощью этого же излучения осуществляется питание ретинального импланта. Этот электронный чип имеет размеры 2 х 2 миллиметра, толщину 30 мкм (а это в три раза тоньше человеческого волоса) и 378 электродов, т.е. в два раза больше, чем IRIS II.

Первая тестовая имплантацию этого устройства пациенту была проведена в конце 2017 года.

Операция по имплантации устройства занимает 90 минут.

Стоимость:

Пока не определена.

Достоинства устройства:

• Может использоваться для больных
• Имеет большую разрешающую способность, чем IRIS II и Argus II

Недостатки:

• Проводная связь с управляющим блоком
• Не позволяет различать цвета
• Сложная операция, связанная с риском для здоровья
• Необходимость внешнего устройства, которое относительно громоздкое

Субретинальный имплант

Alpha IMS (Retina Implant AG, Германия )

Субретинальные импланты располагаются между слоем фоторецепторов и ретинальным пигментным эпителием. Данные устройства стимулируют в первую очередь клетки сетчатки, находящиеся со стороны фоторецепторов, что, как полагают разработчики, должно формировать более естественный поток импульсов в головной мозг. Именно такой имплантат разработала немецкая компания Retina Implant, который уже имеет официальное разрешение европейских регулирующих органов на его применение. Имплантат Alpha AMS предназначен для людей, страдающих от , и работает с оптическими сигналами, поступающими непосредственно на сетчатку, без применения внешней камеры. Это обеспечивает свободное движение глаз пациента, в то время как, например, больному с Argus II для того, чтобы посмотреть в сторону, нужно повернуть туда голову. Причем окружающие могут даже не заметить, что перед ними человек с бионическим зрением. Правда, для питания устройства требуется вживлять под кожу головы систему, подобную той, что используется при кохлеарной имплантации.

Технология, использованная в устройстве, обеспечивает глаз самым большим количеством электродов по сравнению с аналогичными устройствами. Имплантат представляет собой чип 3х3 мм, содержащий 1600 фотодиодов (пикселей) с фоточувствительным элементом и парным электродом. При попадании света, фотодиод преобразует фотоны в электрический сигнал, который усиливается и воздействует на . Яркость и контрастность изображения регулируется самим пациентом с помощью пульта на батарейках,

Alpha AMS, к сожалению, не может восстановить зрение у пациента (наш глаз имеет примерно 100 миллионов «фоторецепторов-пикселей»), но может несколько повысить способность слабовидящего человека ориентироваться в пространстве и различать крупные контрастные предметы.

Стоимость:

В настоящее время такие устройства имплантируются только в Германии и стоимость устройства обычно возмещается в рамках медицинской страховки. Других данных о стоимости нет.

Достоинства устройства:

• Относительно высокая разрешающая способность
• Для получения изображения устройство использует оптический аппарат глаза
• Обеспечивается возможности узнавать лица людей, очертания фигур, распознавать различные объекты
• Простота устройства по сравнению с эпиретинальными системами
• Более простая фиксация имплантата из-за ограниченности субретинального пространства и давления на устройство, которое создает пигментный эпителий

Недостатки:

• Необходимость внешнего питания, закрепляемого под кожей на голове.
• Во время испытаний были зафиксированы отказы устройства, требующие повторной операции
• Отсутствие цветового зрения
• Ограничение по размеру вследствие небольшого объема субретинального пространства
• Возможность повреждения сетчатки из-за выделения тепла имплантатом

Cупрахориоидальный имплантат

Bionic Vision ( Bionic Vision , Австралия)

Еще один вариант бионического импланта, разработанный в Австралии, помещается между (сосудистая оболочка). Такой супрахориоидальный имплант, по мнению разработчиков, обеспечивает большую стабильность устройства, чем субретинальный или эпиретинальный. Он, также, обеспечивает большую безопасность для пациента, поскольку операция имплантации более простая и менее инвазивная. Процедура не затрагивает тканей сетчатки и не требует удаления стекловидного тела из глаза, что снижает вероятность осложнений после операций.

Данный ретинальный протез может принести пользу людям с на столько же сохранной системой передачи информации от сетчатки до мозга, сколько и при использовании предыдущих устройств.

Бионический глаз состоит из небольшой цифровой камеры, закрепленной на очках, внешнего процессора и имплантата (микрочип и стимулирующие электроды). Передача информации на имплантат осуществляется беспроводным способом. На сегодняшний день разработаны три версии устройства: прототип с 44 электродами, вариант с широким полем зрения и 98 электродами, и самый продвинутый с 256 электродами. Размер самого современного имплантата - 5 х 5 мм. В дальнейшем разработчики планируют испытать версию с 1024 электродами, которая представляет собой матрицу из четырех 256-электродных чипов. Это должно позволить пользователю различать лица и читать.

Система использует "умную" обработку сигнала, прежде чем отправлять ее на имплант. Она не просто повышает контрастность, а кодирует объекты в зависимости от того, что находится рядом сними, что позволяет пользователю легче избегать столкновений.

Бионический глаз конвертирует изображение в высококонтрастное представление, часть которого проходит дополнительную обработку. На рисунке ниже эта зона выделена голубым и соответствует зоне области зрения, плохо видимой для бионического глаза. Процессор затем преобразует изображение в параметры электростимуляции, направляемые в электроды. Пациент при этом получает "замыленное" изображение, составленное из световых вспышек.

Область зрения при этом небольшая - не более 30°, поэтому пациенту надо иметь хорошую память, чтобы "собирать" полную картину своего окружения.

Стоимость:

Цена устройства и стоимость операции по его имплантации пока не определены.

Достоинства устройства:

• Обеспечивается лучший контроль стимуляции зрительного нерва по сравнению с фотодиодным вариантом за счет предварительной обработки зрительного сигнала
• Более безопасная операция имплантации, по сравнению с субретинальным или эпиретинальным методом
• Позволяет людям ориентироваться в окружающем пространстве

Недостатки:

• Невысокая разрешающая способность
• Отсутствие цветового зрения
• Необходимость относительно длительной тренировки, чтобы научиться распознавать окружение

Устройство, имплантируемое в мозг (кортикальный имплант)

Orion I (Second Sight, США )

Система Orion I Visual Cortial Prosthesis представляет собой еще одно устройство компании Second Sight и несколько отличается от него по своему принципу работы - оно не использует оптический нерв и всю систему зрения, а напрямую стимулирует зрительную кору головного мозга. Это позволит видеть даже людям, которые потеряли всю функциональность своих глаз. В остальном это устройство представляет собой модифицированную версию Argus II, т.е. состоит из очков с камерой, внешнего процессора и имплантируемого чипа.

Принцип работы устройства заключается в преобразовании изображений, полученных при помощи миниатюрной камеры, закрепленной на очках пациента, в серию электрических импульсов, которые беспроводным образом транслируются в электроды, имплантированные на поверхности зрительной коры головного мозга. Такая система потенциально может восстановить зрение у ослепших людей путем обхода поврежденных сетчатки и зрительного нерва, и прямой стимуляции зрительной области коры головного мозга. Клинические испытания Orion I начаты в феврале 2018 года.

По мнению разработчиков, новое устройство может предоставить пациенту примерно такой же уровень зрения, как Argus II, или, возможно, несколько меньше. Т.е. пользователь сможет отличать свет от темноты и распознавать очертания предметов, но не будет различать цвета.

Стоимость:

Стоимость устройства не определена, поскольку оно находится на стадии тестирования.

Достоинства устройства:

• Устройство может помочь людям, страдающим потерей зрения по разным причинам
• Обеспечивает возможность человеку видеть свет и ориентироваться
• Возможно будет дешевле, чем Argus, так как может применяться у большего числа пациентов

Недостатки:

• Риск появлением судорог в результате манипуляции на мозге
• Не обеспечивает возможность различать цвета
• Использование внешнего вычислительного блока, создающего неудобство при ношении

Новые технологии для бионического зрения

Искусственная сетчатка

Ученые из Итальянского технологического института придумали имплант, который работает как замена поврежденной сетчатки и изготавливается из тонкого слоя проводящего полимера, помещенного в субстрат на основе шелка и покрытого полупроводниковым полимером. Этот полупроводник работает как фотоэлектрический материал, поглощающий фотоны, когда свет попадает в глаз. Когда это происходит, электрический сигнал стимулирует нейрон сетчатки, заполняя таким образом "пробел", оставленный естественными, но поврежденными фоторецепторами глаза.

«Как показали эксперименты на крысах, при освещенности как при сумерках или лучше, реакция животных с имплантатами на свет практически ничем не отличалась от реакции здоровых животных. Тем не менее, нам необходимо дождаться результатов исследований нового материала на людях, чтобы понять может ли этот метод использоваться для лечения людей с » - комментируют разработчики.

Похожую технологию разрабатывают специалисты Оксфордского университета (США). Они создали мягкий синтетический материал, который по своим характеристикам намного ближе к человеческой ткани, из которой состоит сетчатка, чем материалы, применяемые сегодня в глазных имплантатах. Он представляет собой клеточную структуру из натуральных, биоразлагаемых материалов и не содержит инородных тел или живых клеток. Это делает имплантат менее инвазивным, чем механическое устройство, и он с меньшей вероятностью может вызвать негативную реакцию организма.

"Копия" сетчатки состоит из капелек воды, заключенных в оболочку из белков мембраны клеток. Похожие на миниатюрные фотокамеры, такие клетки работают как пиксели, обнаруживая и реагируя на свет, что позволяет создавать изображение в серых тонах. Данный материал может генерировать электрический сигнал, который будет стимулировать нейроны на задней части глаза так же, как и реальная сетчатка.

Пока эта технология протестирована только в лаборатории, поэтому следует дождаться результатов тестирования на людях, чтобы понять насколько эта прорывная разработка эффективна для помощи слабовидящим людям.

Российский опыт

В России системы бионического зрения начали внедряться только в самое последнее время. 30 июня 2017 года устройство Argus II было имплантировано 59-летнему Григорию Ульянову из Челябинска, который более 20 лет назад потерял зрение вследствие Операцию провела международная бригада врачей в Москве, в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА, российскую часть команды возглавлял Христо Тахчиди.

Эта операция - совместный проект Фонда поддержки слепоглухих «Со-единение», благотворительного фонда Алишера Усманова «Искусство, наука и спорт», АНО «Лаборатория «Сенсор-Тех», ФГБУ «Научно-клинический центр оториноларингологии ФМБА России» и компании Second Sight.

Операция очень дорогая и пока малодоступная, но по мнению специалистов, со временем удастся включить имплантацию в программы бесплатной высокотехнологичной медицинской помощи.

Как говорит Григорий Ульянов,

Я был потрясен и очень доволен. Я видел контуры окон и дверей, очертания предметов. Только с людьми есть проблема: вижу фигуру человека, но не понимаю, кто это, мужчина или женщина. Я и дочку не сразу узнал. Вижу, кто-то идет. «Папа, это я!» По голосу узнал, что дочка. Говорю: «Вижу тебя, могу подойти!» Очень обрадовался.

Я вижу, но не так, как вы. Я-то вижу по-другому, по черно-белому. Изображение поступает в мозг, мозг его обрабатывает, выдает внешние координаты, и я по ним начинаю ориентироваться. Я уже могу перемещаться по улице, ориентируясь на большие объекты. Я не могу сказать, что иду по слуху или по зрению - по всему вместе.

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.