0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Бионический глаз человека

Бионический глаз – искусственная зрительная система

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.

Читать еще:  Лекарство от ячменя на глазу - средства и мази, капли для лечения,

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.

Создан первый в мире бионический глаз для слепых

Профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Вентаи Лю, посвятивший последние два десятка лет своей жизни исследованиям в этой области, заявил, что его команде удалось создать «первый бионический глаз для слепых».

Устройство получило название Argus II Retinal Prosthesis System. Команда ученых и инженеров надеется, что созданный ими протез сетчатки поможет людям преклонного возраста, которые потеряли зрение вследствие возрастных изменений или заболеваний, разрушающих светочувствительные рецепторы сетчатки глаза.

В основе искусственного глаза лежит крошечный, но очень производительный чип, разработанный профессором Лю, который имплантируется непосредственно в сетчатку глаза и берет на себя роль поврежденных фоторецепторов. Видеосигналы от миниатюрной камеры, встроенной в очки, передаются на микрокомпьютер, который пользователь носит на поясе. Обработав видеосигналы, микрокомпьютер посредством модуля беспроводной связи передает их на вживляемый в глаз чип, который по размерам не больше обычного ногтя. Данный чип стимулирует нервные окончания сетчатки электронными импульсами, которые по глазному нерву поступают в зрительный участок коры головного мозга. После этого головной мозг собирает их в цельное изображение.

Пациенты с Argus II Retinal Prosthesis System получают возможность видеть буквы, набранные крупным шрифтом, распознавать объекты и их движение. Более того, они могут видеть контуры и некоторые детали лиц других людей. Разрешение искусственной сетчатки составляет всего 60 точек, поэтому картинка далека от совершенства, но для людей, которые полностью лишены зрения, это невероятный прорыв. В пример ученые приводят мужчину, который ослеп в возрасте 20 лет, а в 70 лет первым принял участие в клинических испытаниях Argus II Retinal Prosthesis System.

«Он впервые увидел свет за последнее 50 лет и сказал, что чувствует себя так же хорошо, как инженер»,

— сказал профессор Вентаи Лю.

Господин Лю присоединился к проекту разработки искусственной сетчатки в далеком 1988 году в качестве профессора компьютерных технологий и электротехники в Университет штата Северная Каролина. В то время проектом руководил офтальмолог и нейрохирург доктор Марк Хумаюн из Университета Дьюка, который на данный момент является частью Калифорнийского университета. Именно он поручил Вентаи Лю создать искусственную сетчатку.

В настоящее время Вентаи Лю продолжает работать над развитием данной технологии. В тесном сотрудничестве с международной группой ученых, финансируемой Национальным научным фондом, профессор Лю и его команда выпускников факультета инженерии Калифорнийского университета тестируют два прототипа, которые могут похвастать разрешением 256 и 1026 точек. При этом команда ученых делает все, чтобы в размерах искусственная сетчатка никоим образом не увеличилась. В перспективе ученые рассматривают возможность создания искусственной сетчатки, которая позволит пациентам видеть мир во всех его цветах, и внедрения камеры непосредственно в глаз.

Исследования Вентаи Лю отошли далеко за пределы поставленных первоначально задач.

«Чем больше я работаю, тем больше я становлюсь заинтересованным в понимании того, как работает мозг».

В своей лаборатории Вентаи Лю и его команда также работают над созданием устройств, которые смогут остановить эпилептические припадки и помочь людям, потерявшим способность говорить в результате паралича Белла в восстановлении парализованных лицевых мышц.

«Мы инженеры надежд. Некоторые вещи мы не в силах изменить, но почти каждый сбой в организме человека нам под силу поправить или полностью восстановить утраченные функции»,

Читать еще:  Зондирование слезного канала у новорожденных: видео Доктор Комаровский

Больше не фантастика: восстановить зрение теперь можно бионическими глазами (7 фото)

Осенью этого года доктор Байелер переезжает в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, чтобы возглавить недавно созданную лабораторию Bionic Vision в отделениях компьютерных наук и психологических наук и наук мозга. Он надеется, что его работа приведет к восстановлению зрения у слепых, пишет PCMag.

Нейроинжиниринг — это новая междисциплинарная область, целью которой является разработка устройств, которые могут взаимодействовать с мозгом.

Человеческий мозг имеет примерно 100 миллиардов нервных клеток или нейронов и триллионы связей между ними, организованных в различные области мозга, каждая из которых поддерживает определенную задачу; например, обработка визуальной или слуховой информации, принятие решений или получение информации от А до Б.

Понимание того, как эти нейронные схемы порождают восприятие и действие, требует объединения навыков из различных дисциплин, таких как нейробиология, инженерия, информатика и статистика.

«Интерфейсы мозг-компьютер» можно использовать как для лечения неврологических и психических расстройств, так и для понимания функций мозга, и теперь инженеры разработали способы манипулирования этими нервными цепями электрическими токами, светом, ультразвуком и магнитными полями.

Примечательно, что мы можем двигать пальцем, рукой или даже ногой, просто активируя правые нейроны в моторной коре. Точно так ученые научились активировать нейроны в зрительной коре, чтобы люди видели вспышки света. Первое позволяет лечить неврологические заболевания, такие как болезнь Паркинсона и эпилепсия, тогда как последнее должно в конечном итоге позволить восстановить зрение слепым.

Сколько людей сегодня имеют протезы сетчатки?

Идея визуального протеза или бионического глаза больше не является научной фантастикой. Стоит упомянуть об Argus II — устройстве, разработанном компанией Second Sight, которое доступно в США, Европе и некоторых азиатских странах. Оно предназначено для людей, которые потеряли зрение из-за дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как пигментный ретинит и дегенерация желтого пятна.

В мире насчитывается более 300 пользователей Argus II, а производитель, Second Sight только что начал внедрять ORION, устройство, которое полностью пропускает взгляд и напрямую взаимодействует с зрительной корой.

Кроме того, ученые с нетерпением ожидают первых результатов от PRIMA — нового субретинального устройства, разработанного Стэнфордским университетом и коммерческой французской компанией Pixium Vision.

Еще около 30 устройств находятся в разработке по всему миру. В целом, в течение следующего десятилетия должно быть доступно большое разнообразие технологий восстановления зрения.

Как работают нынешние системы

Идея состоит в том, чтобы заменить отсутствующие фоторецепторы микроэлектродной решеткой, которая имитирует их функциональность. Пользователи Argus II также носят очки со встроенной небольшой камерой, поэтому визуальный вход камеры может быть преобразован в серию электрических импульсов, которые имплантат подает на нервные контуры глаза.

Люди могут отличать свет от темного фона и видеть движение, но их зрение очень размыто. К сожалению, с современной технологией очень трудно имитировать нейронный код в глазу и зрительной коре, чтобы обмануть мозг, заставляя его думать, что он видит что-то значимое.

Цель ученых — перейти к электростимуляции и придумать код, который может интерпретировать визуальная система. Это требует как глубокого понимания лежащей в основе нейробиологии, так и технических навыков для разработки жизнеспособного решения в реальном времени.

Они придумали математические уравнения, которые описывают, как отдельные нейроны реагируют на электрическую стимуляцию. Также они выполняют простые психофизические эксперименты, например, просят пользователей Argus II нарисовать то, что они видят, когда они стимулируют разные электроды.

Затем ученые используют результаты этих экспериментов для разработки пакетов программного обеспечения, которые предсказывают, что люди должны видеть для любого конкретного образца электрической стимуляции, который может использоваться производителем устройства, чтобы сделать искусственное зрение, предоставляемое этими устройствами, более понятным для пользователя.

Будущее за бионическим (искусственным), а не за биомимическим (естественным) зрением?

Вместо того, чтобы фокусироваться на «естественном» зрении, ученые хотят создать «практическое» и «полезное» искусственное зрение. Они видят реальную возможность подключиться к существующим нервным схемам слепых и расширить их зрительные ощущения, подобно Google Glass или Microsoft HoloLens.

Читать еще:  Глазные капли от глаукомы и глазного давления: список, способ применения

В настоящее время в этой области доминируют разные производители устройств, которые (по понятным причинам) защищают свою интеллектуальную собственность. Однако швейцарцы считают важным обеспечить нейтральный академический голос для продвижения инструментов и ресурсов, доступных для всех.

Есть много клинических исследовательских групп, изучающих эффекты дегенеративных заболеваний, и несколько биомедицинских групп, разрабатывающих новые устройства. Но на самом деле никто не фокусируется на новых методах и алгоритмах для улучшения кода, с которым эти устройства взаимодействуют с самой визуальной системой человека.

Группа Байелера хочет объединить идеи нейробиологии с компьютерными науками и техникой для создания более интеллектуальных интерфейсов мозг-компьютер и придумать новые способы максимизировать практичность искусственного зрения.

Технология, позволяющая задействовать эту сложную схему, не за горами.

Создан первый в мире бионический глаз для слепых

Профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Вентаи Лю, посвятивший последние два десятка лет своей жизни исследованиям в этой области, заявил, что его команде удалось создать «первый бионический глаз для слепых».

Устройство получило название Argus II Retinal Prosthesis System. Команда ученых и инженеров надеется, что созданный ими протез сетчатки поможет людям преклонного возраста, которые потеряли зрение вследствие возрастных изменений или заболеваний, разрушающих светочувствительные рецепторы сетчатки глаза.

В основе искусственного глаза лежит крошечный, но очень производительный чип, разработанный профессором Лю, который имплантируется непосредственно в сетчатку глаза и берет на себя роль поврежденных фоторецепторов. Видеосигналы от миниатюрной камеры, встроенной в очки, передаются на микрокомпьютер, который пользователь носит на поясе. Обработав видеосигналы, микрокомпьютер посредством модуля беспроводной связи передает их на вживляемый в глаз чип, который по размерам не больше обычного ногтя. Данный чип стимулирует нервные окончания сетчатки электронными импульсами, которые по глазному нерву поступают в зрительный участок коры головного мозга. После этого головной мозг собирает их в цельное изображение.

Пациенты с Argus II Retinal Prosthesis System получают возможность видеть буквы, набранные крупным шрифтом, распознавать объекты и их движение. Более того, они могут видеть контуры и некоторые детали лиц других людей. Разрешение искусственной сетчатки составляет всего 60 точек, поэтому картинка далека от совершенства, но для людей, которые полностью лишены зрения, это невероятный прорыв. В пример ученые приводят мужчину, который ослеп в возрасте 20 лет, а в 70 лет первым принял участие в клинических испытаниях Argus II Retinal Prosthesis System.

«Он впервые увидел свет за последнее 50 лет и сказал, что чувствует себя так же хорошо, как инженер»,

— сказал профессор Вентаи Лю.

Господин Лю присоединился к проекту разработки искусственной сетчатки в далеком 1988 году в качестве профессора компьютерных технологий и электротехники в Университет штата Северная Каролина. В то время проектом руководил офтальмолог и нейрохирург доктор Марк Хумаюн из Университета Дьюка, который на данный момент является частью Калифорнийского университета. Именно он поручил Вентаи Лю создать искусственную сетчатку.

В настоящее время Вентаи Лю продолжает работать над развитием данной технологии. В тесном сотрудничестве с международной группой ученых, финансируемой Национальным научным фондом, профессор Лю и его команда выпускников факультета инженерии Калифорнийского университета тестируют два прототипа, которые могут похвастать разрешением 256 и 1026 точек. При этом команда ученых делает все, чтобы в размерах искусственная сетчатка никоим образом не увеличилась. В перспективе ученые рассматривают возможность создания искусственной сетчатки, которая позволит пациентам видеть мир во всех его цветах, и внедрения камеры непосредственно в глаз.

Исследования Вентаи Лю отошли далеко за пределы поставленных первоначально задач.

«Чем больше я работаю, тем больше я становлюсь заинтересованным в понимании того, как работает мозг».

В своей лаборатории Вентаи Лю и его команда также работают над созданием устройств, которые смогут остановить эпилептические припадки и помочь людям, потерявшим способность говорить в результате паралича Белла в восстановлении парализованных лицевых мышц.

«Мы инженеры надежд. Некоторые вещи мы не в силах изменить, но почти каждый сбой в организме человека нам под силу поправить или полностью восстановить утраченные функции»,

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector