Как выглядит глаз после имплантации. Бионические имплантаты глаз частично возвращают зрение. Задачи и типы протезов

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.

Используя совершенно новый метод, ученые смогли взять образцы клеток роговицы из глаз испытуемых и культивировать клетки в лаборатории. Они регенерировали и размножили клетки на синтетической пленке гидрогеля, затем имплантировали эту пленку обратно в глаза испытуемых.

Пленка толщиной в 50 микрометров сравнима с обычной контактной линзой. Выращенные в лаборатории клетки роговицы принялись за работу и восстановили баланс жидкости под роговицей, а через два месяца синтетическая пленка разложилась, оставив после себя здоровые клетки, которые продолжили поддерживать водный баланс роговицы.

Важно отметить, что эта процедура не испытывалась на людях, но восстановила зрение животным и не вызвала неблагоприятных иммунных реакций. Клинические испытания на людях начнутся в 2017 году и, возможно, изменят будущее для людей, страдающих от помутнения роговицы.

Бионические глаза

В 2013 году FDA одобрила первый бионический имплантат для лечения пигментного ретинита глаза, наследственного заболевания, которое приводит к дегенерации фоторецепторов сетчатки глаза. Пользователи этой технологии носят пару очков, оснащенных крошечной видеокамерой. Данные идут от камеры к блоку обработки видеосигнала и к группе электродов, имплантированных в сетчатку. Электроды преобразуют данные в электрические импульсы, которые стимулируют сетчатку на производство изображений.

Процедура, призванная справиться с возрастной макулярной дегенерацией, которая является ведущей причиной слепоты у людей, которым за 55, удаляет естественный хрусталик глаза и заменяет его телескопическим объектов размером с горошину, который увеличивает объект и проецирует изображения на оставшуюся здоровую область сетчатки.

Такие технологии уже помогли восстановить зрение тысячам людей, но чтобы сделать бионическое зрение эквивалентным идеальному зрению человека, предстоит решить еще много вопросов. Пациенты с имплантатами сетчатки или хрусталика жалуются на плохое разрешение, сложности со зрением при движении на высокой скорости и ограниченное поле зрения.

По мере прорывов в биологических методах лечения зрения и искусственных решениях, вроде бионических глаз, слепота может в один прекрасный день стать недугом прошлого.

Можете ли вы представить себе, что чувствует человек, который не видит или почти не видит окружающий мир? Такое состояние называется слепотой – невозможностью воспринимать зрительные стимулы из-за патологических нарушений в самом глазу, в зрительных нервах или в мозге. В 1972 году Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) приняла следующее определение: человек считается слепым, если острота центрального зрения в условиях максимальной коррекции не превышает 3/60. При таком зрении человек в условиях дневного освещения с максимальной коррекцией оптики неспособен сосчитать пальцы с расстояния в 3 метра.

Так вот для таких случаев была предложена идея электрической стимуляции сетчатки или зрительной коры, создание протеза, который по механизму действия имитирует настоящие процессы передачи электрических сигналов.

Вариантов электронных имплантов несколько, каждый год появляются новые идеи, но термин и сам «Бионический глаз» (Bionic Eye) разработан Дэниелом Паланкером, сотрудником Стэнфордского университета и его научной группой «Биомедицинской физики и офтальмологических технологий».

Имплантация модели бионического глаза Argus II (кстати, единственной модели, имеющей ЕС марку, но не сертифицированной в России) была выполнена в России в июле 2017 года одному пациенту. И со всех источников телевещания мы услышали – теперь человек сможет увидеть мир как раньше. Сотни людей просят поставить бионический глаз, а некоторые вдобавок просят «вживить» чипы для суперзрения.

Так что же мы на сегодняшний день имеем и может ли стать явью мечта увидеть мир после того, как потерял зрение?

БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ СЕТЧАТКИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Главные условия успешной работы системы:

МИКРОХИРУРГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

Для операции нужны особые инструменты с щадящими силиконовыми наконечниками. Это совершенно непростая операция, кроме того еще нужен оро-фациальный хирург или ЛОР – они через кожу выводят электроды наружу. И получается такое устройство – чип внутри глаза, а в руках такой приборчик величиной с мобильный телефон, которым ты можешь изменять интенсивность сигнала, он соединяется с подкожными электродами. Одного офтальмолога-хирурга при операции недостаточно – нужна помощь других дисциплин, операция длится долгих 6 часов.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

1. Во-первых, это дорого. Только прибор стоит порядка 150 тыс. долларов, то есть почти 8,5 миллионов рублей. А все лечение одного такого пациента может достигать 10 миллионов рублей. Речь идет о модели Argus II. На сегодняшний день в некоторых странах, например, в Германии эта операция оплачивается за счет страховок.
2. Фирмы, занимающиеся разработкой и производством, во всем мире живут на государственных дотациях, на грантах. Это здорово - такие вещи должны поддерживаться, иначе никакого развития не будет.
3. Сертификата в России нет ни на какое из нижеперечисленных устройств.

МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ

2. При каких заболеваниях может быть полезен бионический глаз?
Первые пациенты – это пациенты с пигментным ретинитом (retinitis pigmentoza) – заболеванием с первичным исчезновением фоторецепторов и вторичной атрофией зрительного нерва. В России таких пациентов 20-30 тысяч человек, в Германии – всего несколько тысяч.

Следующими на очереди стоят пациенты с географической атрофической макулярной дегенерацией. Это чрезвычайно распространенная возрастная патология глаза.
Третьими будут, больные глаукомой. Глаукомой пока не занимались, так как атрофия зрительного нерва в этом случае первичная, поэтому способ передачи должен быть другой – в обход зрительного нерва.

Диабет – это самая сложно решаемая проблема. Один из методов лечения диабетических изменений на сетчатке – лазеркоагуляция по всей поверхности. После такой процедуры технически невозможно поднять сетчатку из-за лазеркоагулятов - это получается «решето». А если не сделано лазером – ситуация не лучше: обычно глаз настолько поврежден, что имплантация в этом случае бесполезна.

3. К сожалению, нынешний прототип бионического глаза не позволяет людям видеть окружающий мир так, как видим его мы. Их цель - перемещаться самостоятельно без посторонней помощи. До массового использования этой технологии еще далеко, однако ученые подарят надежду людям, потерявшим зрение.

ТЕКУЩИЕ ПРОЕКТЫ «БИОНИЧЕСКИХ ГЛАЗ»

1. Argus retinal prosthesis

«Полевые испытания» первой версии бионической сетчатки были проведены Марком Хамейуном шести пациентам с потерей зрения в результате заболевания retinitis pigmentosa в промежутке с 2002 по 2004 год. Retinitis pigmentosa - неизлечимая болезнь, при которой человек теряет зрение. Наблюдается примерно в одном случае на каждые три с половиной тысячи человек.

Пациенты, которым был вживлен бионический глаз, показали способность не только различать свет и движение, но и определять предметы размером с кружку для чая или даже ножа.
Устройство для испытаний было усовершенствовано - вместо шестнадцати светочувствительных электродов в него было вмонтировано шестьдесят электродов и названо Argus II. В 2007 году начато мультицентровое исследование в 10 центрах 4-х стран США и Европы – всего 30 пациентов. В 2012 году Argus II получил разрешение для коммерческого использования в Европе, годом позже в 2013 году – в США. В России разрешения нет.

По сей день эти исследования субсидируются государственными фондами, в США их три - National Eye Institute, Department of Energy, and National Science Foundation, а также рядом исследовательских лабораторий.

2. Microsystem-based visual prosthesis (MIVP)

3. Implantable miniature telescope

Кстати, похожий принцип используется в добавочных интраокулярных линзах Шариотта. У меня самый большой опыт имплантации этих линз в России и результатами пациенты довольны. В этом случае вначале предварительно проводится факоэмульсификация катаракты. Хотя это, конечно, не 100% бионический глаз.

Подробнее об этом в предыдущих постах:

4. Tübingen MPDA Project Alpha IMS

Конечно, фоторецепторы во много крат чувствительнее искусственных фотодиодов, поэтому они требовали специального усиления.

Первые эксперименты на микросвинках и кроликах были начаты в 2000 году, и только в 2009 году импланты были вживлены 11 пациентам в рамках клинического пилотного исследования. Первые результаты были обнадеживающими – большинство пациентов смогли отличать день от ночи, некоторые даже могли распознавать предметы – чашку, ложку, следить за перемещением крупных предметов. Кстати, дальнейшая участь этих пациентов была печальна – всем участникам эксперимента, даже тем, кто что-то увидел, согласно подписанному соглашению были удалены «бионические глаза» и они вернулись в исходное состояние.

На сегодняшний день Alpha IMS, производства Retina Implant AG Germany имеет 1500 электродов, размер 3×3 мм, толщиной 70 микрон. После установки под сетчатку это позволяет почти всем пациентам получить некоторую степень восстановления светоощущения.

Технически эту сложную операцию в Германии делают только в трех центрах: в Аахене, в Тюбингене и Лейпциге. В итоге это делают хирурги так называемой Кельнской школы, ученики профессора витреоретинального хирурга Хайнеманна, к сожалению, довольно рано скончавшегося от лейкемии, но все его ученики стали руководителями кафедр в Тюбингене, Лейпциге и в Аахене.

Эта группа ученых обменивается опытом, ведет совместные научные разработки, у этих хирургов (в Аахене – профессор Вальтер (это его фамилия), в Тюбингене – профессор Барц-Шмиц) самый большой опыт работы с бионическими глазами, потому как в этом случае 7-8-10 имплантаций считается большим опытом.

5. Harvard/MIT Retinal Implant

6. Artificial silicon retina (ASR)

7. Photovoltaic retinal prosthesis

Информация с видеокамеры обрабатывается в девайсе и отображается в импульсном инфракрасном (850-915 нм) видеоизображении. ИК-изображение проецируется на сетчатку через естественную оптику глаза и активирует фотодиоды в субретинальном имплантате, которые преобразуют свет в импульсный бифазный электрический ток в каждом пикселе.

Интенсивность сигнала может быть дополнительно увеличена с помощью увеличения общего напряжения, обеспечиваемого радиочастотным приводом имплантируемого источника питания.

Схожесть между электродами и нейронными клетками, необходимая для стимуляции высокого разрешения, может быть достигнута с использованием эффекта миграции сетчатки.

8. Bionic Vision Australia

Устройство Wide-View сочетает в себе новые технологии с материалами, которые были успешно использованы для других клинических имплантатов. Этот подход включает в себя микрочип с 98 стимулирующими электродами и направлен на повышение мобильности пациентов, чтобы помочь им безопасно перемещаться в своей среде. Этот имплантат будет помещен в супрахориоидальное пространство. Первые тесты пациентов с этим устройством начаты в 2013 году.

Bionic Vision Australia - это микрочип-имплантат с 1024 электродами. Этот имплантат помещается в супрахориоидальное пространство. Каждый прототип состоит из камеры, прикрепленной к паре очков, которая посылает сигнал на имплантированный микрочип, где преобразуется в электрические импульсы для стимуляции оставшихся здоровых нейронов сетчатки. Затем эта информация передается зрительному нерву и центрам обработки зрения головного мозга.

Австралийский исследовательский совет присудил Bionic Vision Australia грант в размере 42 миллионов долларов США в декабре 2009 года, и консорциум был официально запущен в марте 2010 года. Bionic Vision Australia объединяет многопрофильную команду, многие из которых имеют большой опыт разработки медицинских устройств, таких как «бионическое ухо».

Благодаря исследователям из Института бионики (Мельбурн, Австралия) и компании evok3d, трудящихся над «бионическим глазом», люди, страдающие пигментной дистрофией сетчатки и возрастной молекулярной дегенерацией, в перспективе смогут восстановить зрение. Для проведения процедур восстановления необходимы оставшиеся у пациента ганглионарные клетки, здоровый зрительный нерв и здоровая зрительная зона коры головного мозга. В этом случае у человека есть возможность вновь обрести зрение.

Для изготовления прототипа глаза, а также формы для его отливки, ученые из Института бионики обратились за помощью к специалистам компании evok3d, специализирующейся на 3D-услугах и для печати «искусственного глаза» использовали 3D-принтер ProJet 1200.

Понадобилось всего четыре часа, чтобы напечатать прототип на ProJet 1200, до появления 3D-печати на его изготовление тратили недели или даже месяцы. Вот так 3D-печать ускорила научно-исследовательский и производственный процесс.

Бионическая зрительная система включает в себя камеру, передающую радиосигналы микрочипу, расположенному в задней части глаза. Эти сигналы превращаются в электрические импульсы, стимулирующие клетки в сетчатке и зрительный нерв. Потом они передаются в зрительные зоны коры мозга и преобразуются в изображение, которое видит пациент.

9. Dobelle Eye

10. Intracortical visual prosthesis

ИТОГ

Первые работы начались более 20 лет назад. В 2000-2001 году что-то начало получаться на мышах. В настоящее время мы получили первые результаты на людях. То есть вот такая скорость.

Пока будет что-то серьезное, еще двадцать лет может пройти. Мы находимся на очень-очень ранней стадии, на которой есть первый положительный эффект – распознавание контуров, света, и не у всех – пока не могут предсказать кому это поможет, а кому нет.
Хирургов, которые занимаются этими экспериментами – по пальцам пересчитать.

Имплантировать один протез – это только с рекламной целью. Этими работами должны заниматься люди, у которых есть возможность делать 100-200 операций в год в рамках одной проектной группы, чтобы появилась критическая масса. Тогда появится понимание в каких случаях можно ожидать эффекта. Такие программы должны субсидироваться бюджетом или специализированными фондами.

Хотя еще нет совершенной модели, все существующие требует доработки, ученые полагают, что в будущем электронный глаз может заменить функцию клеток сетчатки и помочь людям обрести хоть малейшую способность видеть с такими заболеваниями, как пигментный ретинит, дегенерация желтого пятна, старческая слепота и глаукома.

Если у вас есть свои идеи, как еще можно с помощью технологий вернуть зрение людям (пусть пока еще и труднореализуемыми способами) – предлагаем их обсудить ниже.

А история с бионическими контактными линзами, потенциале редактирования генома, о том, как можно слышать цвета посредством кое-чего, вживленного в мозг – в следующих постах.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. , пожалуйста.

Впервые в России врачи смогли частично вернуть зрение слепому пациенту. Более двух десятилетий житель Челябинска находился в полной темноте. После того, как ему пересадили бионическую сетчатку глаза, он начал реагировать на свет и распознавать очертания предметов. Специалисты говорят, что после курса реабилитации мужчина сможет воспринимать окружающий мир почти так же, как и до болезни.

Первые робкие шаги Григория Александровича без трости для слепых. 25 лет он передвигался только с ее помощью. Из-за генетического заболевания мужчина почти совсем потерял зрение, но никогда не терял надежду.

«Я подал заявку - выбрали меня», - говорит Григорий Ульянов.

Он стал первым и пока единственным пациентом в России, которому удалось вернуть зрение при помощи электронной системы. Ее называют бионический глаз, хотя, конечно, глаз у пациента остался своим. Система состоит из вживленного датчика, выполняющего роль сетчатки, специальных очков и компьютера. Вмонтированная в очках камера получает изображение, оттуда сигнал идет в портативный компьютер, где переводится в электрические импульсы и отправляется на искусственную сетчатку.

«Ток по микрокабелю входит внутрь глаза, куда имплантирован электронный чип, который находится на поверхности сетчатки. Через этот чип происходит раздражение нервных окончаний зрительного нерва», - рассказывает директор Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И.Пирогова Христо Тахчиди.

Операция по имплантации сетчатки длилась более шести часов. Хирурги работали очень аккуратно, использовали даже специальные инструменты, чтобы не повредить миниатюрный имплантат.

«Через разрез в 5 мм этот имплант вводится в полость глаза. Обратите внимание, все пинцеты с силиконовыми наконечниками специальными, потому что, если вы сожмете кабель, то перекусите волокна», - рассказывает директор Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И.Пирогова Христо Тахчиди.

Сегодня - три недели после операции, Григорий Александрович уже различает предметы, но признается, что не может забыть момент, когда к нему вернулось зрение.

Григорий Александрович пока может только различать очертания предметов. Он видит все в черно-белом свете, а силуэты размыты, как на фотографии с низким качеством изображения. Но это уже не слепота. Со временем контуры предметов станут четкими, и пациент без труда будет ориентироваться в пространстве.

За 25 лет мозг пациента просто забыл, как видеть изображения. Но нервные связи постепенно восстанавливаются. Григорий Александрович быстро осваивает новый аппарат и как ребенок радуется своим пока еще маленьким успехам.

«Мы сегодня как раз говорили о лучших результатах, которых удалось добиться уже человечеству. Скажем, один из пациентов, который исходно был мастером спорта по стрельбе из лука, с пятиметрового расстояния попадает в десятку после того, как был совершенно слепым. Это результат прекрасный», - отметила министр здравоохранения РФ Вероника Скворцова.

В мире всего 30 пациентов с подобной электронной сетчаткой. Но опыт российских специалистов - один из самых успешных, восстановление происходит очень быстро. Не последнюю роль здесь играет настрой самого пациента. Григорий Александрович очень старается, потому что хочет опять пройтись по улицам любимого города, который долгое время был погружен для него в темноту.

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.