Bionická zařízení pomáhají znovu „vidět“

Týmy vědců z australské University of Sydney a University of New South Wales vyvíjejí oční protézu nazvanou Phoenix99 Bionic Eye. Je určena pro osoby se slepotou způsobenou degenerativními stavy, kdy je sítnice narušena, ale zrakový nerv zůstává nedotčený.
Systém obsahuje malou videokameru namontovanou na brýlích, která snímá scénu před uživatelem. Její výstup je převeden na bezdrátový signál přenášený do komunikačního modulu vloženého pod kůži za uchem pacienta. Modul dekóduje videosignál do vzoru elektrických impulzů, které jsou přenášeny do stimulačního modulu implantovaného na sítnici postiženého oka.
Toto zařízení je schopno obejít dysfunkční neurony fotoreceptorů sítnice, které ztratily schopnost reagovat na světlo zaostřené na sítnici. Místo toho implantát přímo stimuluje základní (a stále funkční) gangliové buňky sítnice, které jsou zodpovědné za shromažďování vstupu z jiných buněk sítnice a jeho přenos podél optického nervu do mozku.
„Pokud jde o kvalitu obnoveného vidění, bude se velmi lišit od toho, co nazýváme normálním viděním. Lze ale očekávat, že protéza bude poskytovat základní informace o okolí člověka, jako je detekce překážek s cílem pomoci s navigací, orientací nebo dokonce čtením velkých písmen,“ uvedl pro server NewAtlas biomedicínský inženýr z Univerzity v Sydney Samuel Eggenberger.
Ovce, kterým byl systém Phoenix99 implantován v rámci tříměsíční studie, jej snášely dobře, v tkáni obklopující komponenty nebyly zaznamenány žádné reakce, což nasvědčuje, že systém by mohl bezpečně zůstat na svém místě i několik let. Tým proto již zažádal o souhlas s prováděním klinických studií na lidech.

První bionické oko
Na podobném projektu pracují už delší dobu i jejich kolegové z Monash University v australském Melbourne, kteří loni oznámili sestrojení bionického oka. To by mohlo lidem s poškozením vrátit základní zrakové schopnosti pomocí mozkového implantátu. Vědci tvrdí, že jde o první bionické oko na světě pro úplnou obnovu zraku. Tuto charakteristiku je ovšem nutno brát s výhradou, protože nezajišťuje plnohodnotné vidění, jako u zdravé osoby – má svá omezení.
Bionické oko s názvem „Gennaris bionic vision system“ se vyvíjí již 10 let. Funguje tak, že obchází poškozené optické nervy a umožňuje přenos signálů ze sítnice do centra vidění v mozku. Uživatel by musel nosit na míru navrženou pokrývku hlavy, která obsahuje nainstalovanou kameru s bezdrátovým vysílačem a do mozku je implantována sada 9 milimetrových destiček, která mu umožňuje přijímat signály. Jak uvedl Arthur Lowery, profesor na katedře elektrotechniky a inženýrství počítačových systémů Monash University, návrh vytváří vizuální vzor z kombinací až 172 světelných bodů (fosfenů), který poskytuje nositeli informace pro navigaci ve vnitřním i venkovním prostředí a umožňuje rozpoznat i přítomnost lidí a předmětů kolem nich.

Testováno i na lidech
V Melbourne působí i firma Bionic Vision Technologies (BVT), která v září oznámila partnerství s americkou společností Cirtec Medical na vývoji bionického oka nové generace. Její Bionic Eye System se skládá z nositelného zařízení a vizuálního implantátu podobného konceptu jako u kochleárních sluchových implantátů (malá kamera na brýlích vysílá elektrické signály do procesorové jednotky a stimulátoru). Obrazy z kamery jsou převáděny do elektrických signálů, které stimulují nervy prostřednictvím elektrod umístěných za sítnicí (v tzv. suprachoroidálním prostoru), aby doručily vizuální informace do mozku.
Uživatel si nejprve nasadí brýle obsahující kameru/senzor a magneticky připojí stimulátor k implantovanému přijímači (umístěnému pod pokožkou hlavy). Magnetické spojení vytváří bezdrátový přenos pro optimalizované elektronické vizuální signály, které mají být předávány do implantovaného pole elektrod za okem. Systém se zapne/vypne stiskem tlačítka na procesorové jednotce. Dvouletá studie ukázala, že Bionic Eye System je bezpečný, zlepšuje vidění pro lidi s téměř úplnou slepotou, a firma plánuje příští rok globální klíčovou studii.

Prvními byly slepé myši
Už před 10 lety si podobný pokročilý systém obnovy vidění mohly vyzkoušet newyorské myši. V rámci univerzitního experimentu provedeného v roce 2011 vědci na americké Cornellově univerzitě umožnili slepým hlodavcům vidět znovu pomocí radikálního implantátu. Vidění tvorů bylo dost dobré na to, aby rozeznalo obličej dítěte, zaznamenalo řadu detailů scény v parku a sledovalo pohyblivý obraz.
Když se na něco díváme, světlo dopadá na buňky sítnice v zadní části oka, kde se přeměňuje na elektrické signály, které jsou následně posílány do mozku ke zpracování na obrazy. Signály jsou zakódovány, přičemž vzor, např. pro psa je odlišný od vzoru pro kočku nebo dítě. Při věkem způsobené makulární degeneraci však buňky sítnice, které zachycují světlo, odumírají, což vede k menšímu předávání informací do mozku a ke zhoršení zraku.
Zlepšit situaci by mohlo pomoci zařízení s kodérem a převodníkem, které tuto práci zvládne, jak popsala Dr. Sheila Nirenbergová, neurovědkyně a profesorka na Cornellově univerzitě. Zjistila, jak mozek přijímá vnější informace a kóduje je do vzorců elektrické aktivity, a jak sítnice komunikuje s mozkem. Našla způsob, jak sítnicové buňky obejít, jak informace přesně zakódovat a tyto pak poslat přímo do mozku. Výsledkem jsou zřetelnější obrázky než u dosavadních zařízení zaměřených hlavně na sběr světla a odesílání dat do mozku.
Experimenty na myších ukazují techniku k dosažení téměř normálního vidění. Vědci již vytvořili implantovatelné čipy, které obnovují určitou vizi a doufají, že bionické oko povede k brýlím, které by mohly nahradit nefunkční sítnici umělým elektronickým kodérem.
„Toto je normální, nebo téměř normální vidění, protože obsahuje kód. Jeho pomocí jsme přiměli slepé myší sítnice, aby viděly, a snažíme se, abychom totéž dokázali u lidí," komentovala výsledky experimentu Dr. Nirenbergová.
O pokračování výzkumu však zatím nejsou další informace, a zdá se, že štafetu ve vývoji „umělých očí“ převzali mezitím úspěšně Australané. Založili vědecké konsorcium Bionic Vision Australia (BVA) sdružující přední odborníky na lékařskou bioniku, aby vyvinuli zařízení pro obnovení zraku. Prototyp s 24 elektrodami byl úspěšně implantován třem pacientům po dobu dvou let, a první testy byly velmi uspokojivé. Nyní se už pracuje na systému s 98 elektrodami, který zviditelní velké objekty, a podle vědců může být reálně dosažitelné i řešení s 1024 elektrodami, které by dokonce mělo umožňovat ostré vidění.

Vladimír Kaláb
Foto: Shutterstock, University of Sydney, Monash University

Publikováno: 12. 1. 2022 | Počet zobrazení: 741 206