האם מערכת חזון ביונית זו יכולה לעזור לשחזר את המראה?

הזמן אינו חבר של גופך. שנים יבלו את צבע שיערך, ישעממו את קפיצות המפרקים שלך, ימחקו את גמישות עורך. עם זאת, בין התמרמויות הרבות של הגיל, אחד הגרועים שבהם הוא אובדן הראייה.

הסיבה המובילה לאובדן ראייה הקשורה לגיל היא ניוון מקולרי - מחלה שאוכלת לאט לראייה המרכזית ומשאירה חור מטושטש או כהה במרכז שדה הראייה שלך. מכוני הבריאות הלאומיים מעריכים כי עד 2020 כמעט שלושה מיליון אמריקאים מעל גיל 40 יסבלו בשלב כלשהו של המחלה. אולם אובדן ראייה אינו מוגבל לקשישים. רטיניטיס פיגמנטוזה, מחלה בירושה גנטית, פוגעת גם בסביבות 1 מכל 4, 000 אנשים בארצות הברית - צעירים ומבוגרים כאחד.

המחלות ממקדות את קולטני הצילום, שהם התאים בצורת המוט והחרוט בחלק האחורי של העין. תאים אלה ממירים אור לאות חשמלי הנוסע למוח דרך עצב הראייה. התנוונות מקולרית ורטיניטיס פיגמנטוזה מפרקים את הקולטפטורים הללו. בצורות המתקדמות ביותר של המחלה משימות רבות הופכות כמעט בלתי אפשריות ללא עזרה: קריאת טקסט, צפייה בטלוויזיה, נהיגה במכונית, ואפילו זיהוי פרצופים.

למרות שההשפעות חמורות, לא כל התקווה הולכת לאיבוד. שארית העצבונים והתאים של הרשתית המעבירים את האותות החשמליים נותרים לעיתים שלמים. המשמעות היא שאם מדענים יכולים להרכיב מכשיר שיכול לחקות את תפקוד המוטות והחרוטים בעצם, הגוף עדיין יכול לעבד את האותות שנוצרו.

חוקרים ומפתחים ברחבי העולם מנסים לעשות זאת. צוות בסטנפורד משתמש בפתרון קטן ומבריק: שתלים פוטודיוד זעירים, שבריר רוחב שיער לרוחב, המוחדרים מתחת לחלק הרקיע הפגוע.

דניאל פאלאנקר, פרופסור לרפואת עיניים באוניברסיטת סטנפורד, אומר בהודעה לעיתונות על העבודה כי "זה עובד כמו הלוחות הסולאריים שעל הגג שלך, והופך אור לזרם חשמלי". "אבל במקום שהזרם יזרום למקרר שלך, הוא זורם לרשתית שלך."

PRIMA מורכב משתלים רשתית, זוג משקפיים עם מצלמת וידאו ומחשב כיס. (מעבדת דניאל פאלאנקר)

PRIMA, המכונה PRIMA (Photovoltaic Retinal IMplAnt), לוח הדקות משולב עם קבוצת משקפיים עם מצלמת וידאו משובצת במרכז. המצלמה מצלמת את הסביבה ומעבירה באופן אלחוטי את התמונות למחשב כיס לצורך עיבוד. ואז המשקפיים קורות את התמונות המעובדות לעיניים בצורה של פולסים של אור אינפרא אדום קרוב.

המערך הזעיר של שתלי "פאנל סולארי" מסיליקון - כל אחד בערך 40 ו -55 מיקרון ברחבי האיטרציה האחרונה של PRIMA - מרים את אור ה- IR וממיר אותו לאות חשמלי, אשר נשלח דרך רשת הנוירונים הטבעיים של הגוף והומר להמרה תמונה במוח.

כדי לבדוק את המכשיר, הצוות השתיל את לוחות ה- PRIMA הזעירים בחולדות, ואז חשף אותם להבזקי אור, ומדד את תגובתם באמצעות אלקטרודות שהושתלו על קליפת המוח הראייה - החלק במוח המעבד תמונות. על פי שתלים של 70 מיקרון שפיתחו באותה תקופה, החוקרים גילו כי חולדות הראייה היו בסביבות 20/250 - מעט מעל העיוורון החוקי בארצות הברית, שזה חזון 20/200/200. המשמעות היא שאדם יכול לראות בגובה 20 מטרים את מה שאדם עם ראייה מושלמת יכול לראות בגובה של מטר וחצי, מה שמאפשר את מרבית סביבתו מטושטשת.

"מדידות אלה עם 70 מיקרון פיקסלים אישרו את תקוותנו כי חדות הראייה התותבת מוגבלת על ידי גובה הפיקסל [או המרחק ממרכז פיקסל אחד למרכז הפיקסל הבא]. פירוש הדבר שנוכל לשפר אותו על ידי הקטנת הפיקסלים., "כותב פאלנקר באמצעות אימייל. הם כבר פיתחו פיקסלים בגודל של שלושה רבעים. "אנו עובדים כעת על פיקסלים קטנים עוד יותר", הוא כותב.

PRIMA היא כמובן לא הצוות היחיד שרודף אחרי מטרה זו. מכשיר בשם Argus II מבית Second Sight, חברה מקליפורניה, כבר הצליח לשווק בארה"ב, שאושר בפברואר 2013 על ידי מינהל המזון והתרופות לחולים עם פיגמנטוזה רטיניטיס קשה. ההתקנה הבסיסית דומה ל- PRIMA. אך במקום לוח סולארי, השתל הוא רשת של אלקטרודות, המחוברת למארז אלקטרוניקה בגודל אפונה ולאנטנות פנימיות. מצלמת משקפיים מצלמת תמונה שמעובדת על ידי מחשב קטן ומשודרת באופן אלחוטי אל השתל, המפטרת אותות חשמליים ליצירת התמונה.

אבל יש כמה חסרונות למערכת זו. האלקטרוניקה של השתל מגושמת והאנטנות יכולות לחוות הפרעות ממכשירים ביתיים או מגאדג'טים אחרים הנסמכים על אנטנות, כמו טלפונים סלולריים. המכשיר כולל גם רזולוציה מוגבלת, ומחזיר את הראייה לכ- 20 / 1, 260 ללא עיבוד תמונה נוסף. בגלל הרזולוציה המוגבלת הזו, ה- FDA רק אישר את השימוש בו בחולים העיוורים כמעט לחלוטין.

"ה- FDA לא רוצה להסתכן בפגיעה בחזון בעין שיש בה כבר כמה, מכיוון שכמות השיקום החזותי היא מינימלית", אומר וויליאם פרימן, מנהל מרכז הרשת ג'ייקובס באוניברסיטת סן דייגו באוניברסיטת קליפורניה. . "אפשר קצת, אבל זה לא הרבה."

עוד הרבה טכנולוגיות נמצאות בעבודות. חברה גרמנית Retinal Implant AG משתמשת בשבב דיגיטלי, בדומה למה שנמצא במצלמה. אולם בדיקות ראשוניות לטכנולוגיה בבני אדם היו מעורבות. פרימן הוא חלק מחברה אחרת, Nanovision, המעסיקה שתלים של ננו-חוט שהם בקושי גדולים מאורך גל אור. למרות שהם עובדים באופן דומה לפוטודיו של PRIMA, פרימן אומר שיש להם פוטנציאל להיות רגישים יותר לאור ויכולים לעזור למטופלים בעתיד לראות בגווני אפור - ולא רק בשחור לבן. הטכנולוגיה עדיין נמצאת בניסויים בבעלי חיים כדי להעריך את יעילותה.

גרייס [ש] עבור כל הטכנולוגיות הללו יש מגבלות מהותיות, "אומרת גרייס ל. שן, מנהלת תוכנית מחלות הרשת במכון הלאומי לעיניים. אם כי אינו מעורב במישרין במחקר תותב, שן משמש כמנהל התוכנית עבור אחד המענקים התומכים בעבודתו של פאלאנקר.

PRIMA מטפלת בחלק מהמגבלות של פתרונות מבוססי אלקטרודה כמו Second Sight. התמונות שהוא מייצר עדיין בשחור לבן, אך PRIMA מבטיחה רזולוציה גבוהה יותר ללא צורך בחוטים או אנטנה. ומכיוון שהשתלים הם מודולריים, ניתן לרצף אותם כך שיתאימו לכל מטופל. "אתה יכול לשים כמה שאתה צריך לכסות שדה ראייה גדול, " אומר פאלנקר.

פרימה קלה גם יותר להשתלה. חלק מהרשתית מנותק עם הזרקת נוזל. ואז משמשת למעשה מחט חלולה עמוסה בפאנלים הסולאריים כדי למקם את הלוחות בעין.

אך כמו בכל ניתוחי העיניים, ישנם סיכונים, מסביר ג'ק'ק דאנקן, רופא עיניים מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו, שלא היה מעורב בעבודה. לניתוח תת-רשתית ש- PRIMA דורש, סיכונים אלה כוללים ניתוק רשתית, דימום וצלקות. קיימת גם אפשרות שאם המכשיר לא ממוקם כראוי, הוא עלול לפגוע בראייה הנותרת.

עם זאת, ההתייחסות של דאנקן למכשיר החדש חיובית. "אני חושבת שזו התפתחות מרגשת, " היא אומרת. "גישת PRIMA טומנת בחובה פוטנציאל רב לספק חדות ראייה שעשויה להיות דומה למכשיר או אפילו טוב יותר ממכשיר ה- Second Sight ARGUS II המאושר כיום."

כפי שאמר אנתוני אנדרוטולה, חולה עם שתל ארגוס II, ל- CBS מוקדם יותר השנה, חזונו בהחלט מוגבל: "אני יכול לדעת מה ההבדל בין מכונית או אוטובוס או משאית. אני לא יכול לומר לך מה הופך את המכונית הוא. " אולם הסיכוי להתקדמות נוספת הוא לתת לחולים - כולל אנדרהוטולה, הסובל מרטיניטיס פיגמנטוזה ואיבד את כל הראייה עד שהגיע לחמישים - תקווה לעתיד.

ל- PRIMA יש דרך ארוכה לפני שהיא מוכנה לשוק. הצוות שיתף פעולה עם Pixium Vision של צרפת ויחד הם עובדים לקראת מסחור. פאלנקר וממציאיו המשותפים מחזיקים בשני פטנטים הקשורים לטכנולוגיה. השלב הבא הוא ניסויים בבני אדם, הראשון שבהם אושר זה עתה על ידי סוכנות הרגולציה הצרפתית. הניסויים יתחילו בקטנה, רק חמישה מטופלים שנלמדו במשך 36 חודשים. "אנחנו רוצים לראות מה הספים והנושאים הכירורגיים", אומר פאלנקר.

בדיקות אלה ישמשו כעילה המוכיחה את המכשיר, אומר שן. "עד שהם באמת יבדקו את זה בבני אדם לא יכולנו להיות בטוחים מה היתרונות."

התמונה מימין מציגה מערך רחב של מ"מ באורך עכברוש. תמונת SEM מדגימה הגדלה גבוהה יותר של המערך עם פיקסלים 70um המונחים על אפיתל של פיגמנט הרשתית בעין חרצית. הכנס הצבע משמאל מראה פיקסל בודד במערך המשושה. (מעבדת דניאל פאלאנקר)

כרגע, מסבירה שן, הבהירות החזותית שהמכשירים מקנים אינה מה שהיא מחשיבה כ"דימויים חזותיים בעלי משמעות. " ניתן להשיג זאת רק על ידי הבנה טובה יותר של מסלולי העצבים. "אם יש לך חבורה של חוטים, זה לא משדר רדיו, " היא אומרת. "צריך שיהיה נכון לחיווט."

כך גם לגבי החזון; זו לא מערכת plug-and-play. על ידי מיפוי כל המסלול העצבי, רק אז יכולים החוקרים לקוות ליצור תמונות חדים יותר באמצעות מכשירים תותבים, אולי אפילו תמונות צבעוניות.

פאלנקר מסכים. "שימוש נכון במעגלי רשתית הנותרים בכדי לייצר תפוקת רשתית קרוב ככל האפשר טבעי אמור לעזור בשיפור הראייה התותבת", הוא כותב במייל.

ישנן גם מחלות ראייה בהן רבות מהפתרונות הללו לא יעבדו, אומר פרימן. איבוד ראייה מגלאוקומה הוא דוגמה אחת. "תאי הרשתית הפנימית מתים, אז כל מה שתמריץ אין קשרים למוח, " הוא אומר.

עם זאת, עשרות חוקרים מכל התחומים דוחקים את גבולות מה שאנחנו יודעים שהוא אפשרי - מהנדסים, מדעני חומרים, ביולוגים ואחרים. למרות שזה עשוי לקחת זמן, סביר להניח שעוד יגיעו. בדיוק כמו עם הטלפונים הסלולריים והמצלמות שלנו, אומר שן, המערכות התחזקו, יעילות וקטנות יותר במהלך העשורים האחרונים. "אני מקווה שעוד לא הגענו לגבול שלנו, " היא מוסיפה.

המפתח כרגע, אומר פרימן, הוא ניהול הציפיות. מצד אחד החוקרים מנסים לא לתת לאנשים תקווה כוזבת. "מצד שני, אתה לא רוצה להגיד לאנשים שזה דבר חסר סיכוי, " הוא אומר. "אנחנו מנסים, ואני חושב שבסופו של דבר אחת או יותר מהגישות הללו הולכות לעבוד."