Бионический глаз. Бионический глаз — мифы и реальность
Британские хирурги провели операцию, о которой человечество еще несколько лет назад могло лишь мечтать или читать в фантастических романах. Офтальмологи вернули зрение двум пациентам. Они вживили в сетчатку так называемый бионический глаз.
Это небольшое устройство напоминает видеокамеру. Объектив расположен на специальных очках, а изображение передается через зрительный нерв прямо в мозг. С точки зрения видящего человека качество картинки пока оставляет желать лучшего. Но для тех, кто потерял зрение - это настоящее спасение.
Корреспондент НТВ Евгений Ксензенко разбирался в тонкостях электронного глаза
:
Солнечные очки Линды Мурфут это не защита от света, а возможность увидеть его. Со стороны кажется, что обычная пара идет на прогулку, а на самом деле Линда - одна из первых людей, которых фантасты полвека назад называли киборгами.
Линда Мурфут: "Я могу вместе с внуком забросить мяч в корзину. Я могу увидеть, как танцует моя внучка на сцене. Я могу различать предметы".
Линда видит с помощью бионического глаза. В ее очки встроена маленькая видеокамера. Она фиксирует изображение, а потом преобразует его в электронные сигналы, которые в свою очередь беспроводным путем попадают в чип, вживленный в сетчатку глаза.
Он расшифровывает импульсы и с помощью решетки из электродов передает информацию в мозг через оптический нерв. Это естественный процесс. За исключением результата - качества картинки. Оно зависит от числа электродов.
Можно попытаться представить, что видит Линда, когда надевает очки с видеокамерой. 16 электродов позволяют совсем немного. А вот взгляд с помощью 60 электродов - это что-то. Так сейчас видят в мире всего 15 человек. В будущем - четкое изображение, но в черно-белом варианте. Хотя после таких результатов до цветного мира явно один шаг.
Первый же шаг сделали в американской лаборатории профессора Марка Хамейуна. Он не сомневается, что в будущем вместо 60 светочувствительных электродов можно будет использовать тысячи.
Марк Хамейун, профессор офтальмологии: "Мы называем это искусственным зрением. Оно отличается от того, что мы с вами видим. Мозг должен привыкнуть к нему. Это как наблюдать за развитием ребенка. Сначала он ползает и только потом ходит и бегает".
Даже скептически настроенные ученые подтверждают, что бионический глаз способен заменить настоящий.
Джон Маршалл, профессор офтальмологии: "Я абсолютно поддерживаю эту технологию. Но должен добавить, что она не будет доступна немедленно. Еще много работы нужно сделать, чтобы отладить систему с пользой для зрения".
Российские специалисты считают, что эта технология не может быть массовой. Ведь такая операция стоит дорого - от 30 тысяч долларов.
Христо Тахчиди, генеральный директор межотраслевого научно-технического комплекса "Микрохирургия глаза" им. С. Н. Фeдорова: "Можно сделать какую-то супервещь, которую может один специалист в мире делать. Это никому неинтересно с точки зрения применения. То есть ее нужно упростить, довести до такого уровня, когда это может выполнять человек средних способностей - хирург, врач, биолог".
Британские и американские ученые обещают, что через три года Линде не нужно будет носить очки. В лабораториях разрабатывают видеокамеру размером меньше горошины. С ее помощью можно будет различать даже лица людей. Если опыт пройдет успешно, то солнцезащитные очки можно будет надевать только по назначению.
Немного истории
Бионический глаз по своей сути похож на слуховой аппарат - устройство восстанавливает утраченную функцию организма, в данном случае - зрение. Вживленные электроды стимулируют сетчатку глаза, которая передает изображение на глазной нерв. Сама «картинка» формируется видеокамерами, смонтированными на очках. Изображения, захваченные камерой, передаются в чип, который генерирует импульсы, воспринимаемые мозгом как образы. Один из приборов был разработан в 2005 году профессором Гислин Данейли из университета Джонсона Хопкинса, Балтимор.
*
Профессор офтальмологии Марк Хамейун из Института Глаза в Университете Южной Калифорнии (США) предполагает, что к 2009 году глазной протез можно будет увидеть на потребительском рынке по цене в районе пятнадцати тысяч фунтов стерлингов.
Первая версия разработанного его группой протеза сетчатки глаза уже проходила так называемые "полевые" испытания в 2007 году, в ходе эксперимента Бионическая сетчатка вживлена шести пациентам с потерей зрения в результате заболевания retinitis pigmentosa. 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. К некоторым из них вернулась способность читать крупные буквы.
*
В 2008 году сделано также изобретение исследователей Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT), которые заявляют, что их разработка уже через несколько лет "сможет вернуть частично потерянное зрение людям, страдающим от дегенеративной глазной болезни."
Ученым удалось создать биоэлектронный имплантант размером не больше карандашного ластика, который они поместят за сетчатку на заднюю часть глазного яблока - изображение будет передаваться в мозг "через коннекторы не толще людского волоса." Разработка уже проходит проверку Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, и исследователи планируют уже этим летом испытать технологию на животных.
Однако, это изобретение не сможет помочь слепым с рождения или людям, страдающим глаукомой - процедура разрешена только тем, у кого остались неповрежденные клетки зрительного нерва.
БГ высокого разрешения: теория
Создавая внутриглазные электронные имплантаты, большинство авторов совершает ошибку: отказывается от "остатка" зрения, которое ещё есть, и пробует заменить его камерой. Но интересная картина нарисуется, если создать биоэлектронный гибрид.
Дэниел Паланкер (Daniel Palanker) из Стэнфордского университета (Stanford University) и его научная группа "Биомедицинской физики и офтальмологических технологий" (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies) разработали оригинальный протез сетчатки высокого разрешения или "Бионический глаз" (Bionic Eye), обладающий целым рядом преимуществ перед предыдущими проектами лечения слепоты с помощью электронных имплантатов.
Возрастная деградация сетчатки, при которой умирает значительное количество светочувствительных клеток, и такое заболевание, как пигментоз - ответственны за слепоту (или близкое к "нулю" зрение) миллионов людей во всём мире.
Множество научных групп и лабораторий экспериментируют с имплантатами сетчатки. Поскольку при указанных дефектах сами нервные клетки (в основном) остаются в порядке, можно направлять в них слабые электрические импульсы с некой схемы - решётки из электродов, размещённой прямо в сетчатке.
Соответственно, импульсы эти должны отражать картинку, которую снимает миниатюрная видеокамера, закреплённая на голове.
Блестящий замысел. Если бы не ряд "но". Во-первых, размещение большого числа электродов на маленькой площади - это препятствие биологического плана. Схема просто перегревает глаз.
Кроме того, даже имплантировав решётку в толщу сетчатки, нельзя добиться слишком близкого соприкосновения электродов и её глубинных клеток, лежащих непосредственно под умершими фоторецепторами.
И получается, что как только инженеры сближают электроды между собой (то есть увеличивают разрешение микросхемы), каждый из них начинает действовать сразу на ряд ближайших клеток - а должен, в идеале, - только на одну, иначе смысл в высоком разрешении изображения телекамеры полностью пропадает.
Разрез под микроскопом: клетки сетчатки крысы мигрируют через крошечное отверстие имплантата (фото с сайта stanford.edu).
Чтобы это препятствие обойти, нужно "привязать" по одному электроду на одну, от силы — две клетки. Но для плотности пикселей, геометрически соответствующей остроте зрения 20/400 (это почти невидящий человек, порог "юридической слепоты", как пишут авторы работы, а в наших единицах — это зрение 0,05) клетки должны располагаться не дальше 30 микрон от электродов.
А для остроты 20/80 (0,25) это расстояние не должно превышать 7 микронов. При такой остроте зрения, кстати, уже можно пользоваться компьютером, передвигаться по городу, распознавать лица и вообще - вести самостоятельную жизнь.
Нажимать же на имплантат при внедрении (чтобы плотнее прижать электроды к слою клеток) нельзя - велик риск травмы сетчатки.
А ведь расстояние между каждым из электродов и его "подшефной" клеткой - далеко не всё. Для такой остроты зрения (20/80) нужно иметь плотность пикселей в 2,5 тысячи на квадратный миллиметр.
Потому никому до сих пор не удавалось создать устройство с числом электродов (читай - транслируемых пикселей) больше нескольких штук, десятков, ну, может быть — сотни. А нужно их иметь - многие тысячи.
Тут сделаем ещё один мини-экскурс в биологию. Глаз имеет примерно 100 миллионов фоторецепторов (это как камера на 100 мегапикселей). Однако в составе зрительного нерва в мозг идёт всего 1 миллион раздельных каналов. Информация пропадает?
Нет, оказывается, в самой сетчатке уже происходит предварительная обработка, некое суммирование информации. Сама сетчатка - это ведь не только слой фоторецепторов, но слой нервной сети.
Теперь, если возвращаться к имплантатам с электродами, необходимо сказать - есть несколько подходов к размещению такого имплантата в глазу. Он может занимать различные слои по глубине.
Можно обойтись меньшим числом электродов (только тогда необходимо имитировать суммированные сигналы нервной сети сетчатки), а если возбуждать нервные клетки, лежащие ближе к фоторецепторам - можно хорошо воспроизводить систему зрения, только плотность пикселей в имплантате должна быть высокой.
Чтобы разрешить это противоречие, авторы нового проекта провели ряд опытов на крысах. И обнаружили новый биологический эффект. Учёные внедряли в сетчатки животных полимерные пластинки с маленькими отверстиями - диаметром 15-40 микрон.
И вот через считанные часы клетки сетчатки сами начали передвигаться в отверстия, в течение всего нескольких дней заполняя полости под ними. Аналогично клетки вели себя и по отношению к пластине, которую покрывали стройные ряды длинных выступов-башенок. Клетки быстро заполняли промежутки между этими выступами.
В новом проекте клетки сетчатки заманиваются в полости имплантата. На его поверхности и в отверстиях создаётся система стимулирующих электродов (иллюстрация с сайта stanford.edu).
"Если гора не идёт к Магомету, то Магомет идёт к горе, — сказал Паланкер. — Мы не можем поместить электроды близко к клеткам. Но мы фактически приглашаем клетки прибыть в область электродов, и они делают это с удовольствием и очень быстро".
Таким образом, в проекте нового имплантата удалось добиться той самой плотности 2,5 тысячи электродов на квадратный миллиметр с соблюдением дистанции между каждым электродом и его личной клеткой - до 7 микрон. Электроды разместили в этих полостях и, соответственно - на выступах.
Будет ли рабочий проект иметь отверстия в пластине или наоборот - "башенки" - пока неясно. В случае отверстий можно добиться едва ли не поштучного соединения электродов и клеток, но зато в случае выступов - у клеток лучше снабжение питательными веществами. Выбор будет сделан позже.
Но это - далеко не все отличия проекта от конкурирующих работ. Если помните, другие авторы предлагали транслировать на электроды сигнал прямо с камеры на лбу. А в этом есть сильный подвох.
Аналогично работает схема с выступами (иллюстрация с сайта stanford.edu)
Дело в мельчайших непроизвольных движениях глаз, сканирующих пространство даже тогда, когда нам кажется, что мы неподвижно смотрим в одну точку.
Если напрямую связывать камеру на лбу с имплантатом в сетчатке, это свойство зрения пропадает, что очень негативно сказывается на восприятии. А ещё - при такой схеме - зрение полностью зависит от числа электродов в имплантате. А что можно увидеть, скажем, в ста пикселях?
Паланкер предложил иную схему. Камера на лбу тут также имеется, но она направляет сигнал в носимый микрокомпьютер (размером с бумажник), который переводит видимое изображение в набор коротких импульсов инфракрасного светодиодно-жидкокристаллического дисплея, с числом точек в несколько тысяч.
Этот поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного перед глазами, проходит через хрусталик и попадает на фоточувствительные диоды имплантата в сетчатке глаза. Те усиливают сигнал, используя энергию от крошечной солнечной батареи, имплантированной в радужку.
Эти инфракрасные лучи человек не видит. А вот результат воздействия электрических импульсов на клетки сетчатки - воспринимает как изображение.
При этом сам имплантат имеет размер в половину рисового зерна (3 миллиметра) и покрывает 10 градусов поля зрения - его центр.
Бионический глаз Паланкера (иллюстрация с сайта stanford.edu).
И мелкие быстрые движения глаз сохраняют свою важность - ведь человек сам смотрит как на пейзаж (напрямую), так и на то электронное изображение (пусть инфракрасное).
Положение этого изображения на сетчатке (и внедрённой решётке электродов, соответственно) меняется вместе с движением глазного яблока. Таким образом, электронный прибор максимально использует оставшиеся естественные способности глаза по обработке зрительной информации.
Замена утраченных частей тела электронными имплантатами вышла за пределы научной фантастики. Одно из таких решений – бионический глаз.
Актуальность проблемы нарушения зрения
По последним данным ВОЗ, около 285 млн. человек во всем мире страдают от нарушения зрения. Из них 39 млн. – полностью слепые. Причины полного или частичного нарушения зрения разнообразны – от глазных заболеваний до генетических дефектов, травм и действия отравляющих веществ. Проблемы со зрением являются одной из распространенных причин инвалидности. Вместе с тем, 80% случаев нарушения зрения можно предотвратить или вылечить. Бионический глаз – один из современных высокотехнологичных методов восстановления потерянного зрения при некоторых формах слепоты.
Что такое бионические протезы?
Современные наука и медицина позволяют создавать протезы, которые по внешнему виду и функциям похожи на настоящие органы или конечности. Такие протезы и имплантаты называют бионическими. Определенные успехи в этой области достигнуты при разработке бионических рук и ног, искусственных сердца, уха и сетчатки глаза.
Бионический глаз представляет собой искусственную зрительную систему для восстановления потерянного зрения. Это уникальная возможность вернуть зрение даже слепым людям, у которых сохранены здоровые клетчатки сетчатки и действует естественный путь передачи данных от сетчатки к мозгу. Такие имплантаты предназначены, прежде всего, для пациентов, которые ослепли из-за дегенеративных заболеваний сетчатки.
В пожилом возрасте может развиваться возрастная дегенерация сетчатки. При этом светочувствительные рецепторы глаза начинают атрофироваться – перестают реагировать на свет, и человек слепнет. Вместе с тем, нервные клетки сетчатки не погибают. Благодаря этому можно создать искусственную систему для восстановления зрения.
Одной из ведущих причин слепоты является скотома. Это пятнообразный дефект, который расположен в поле зрения глаза. Скотома вызвана болезнями сетчатки или зрительного нерва, глаукомой.
Вопросы читателей
18 October 2013, 17:25 Добрый день, подскажите пожалуйста, моей бабушке поставили диагноз глауком, положили в больницу на 10дней, покололи уколы в глаза и выписали, но к сожалению, у бабушки продолжнается боль, это нормально, оно потом отпустит или нужно что то делать?? Заранее спасибо за ответ.
Задать вопросКак работает бионический имплантат глаза?
Эта система позволяет компенсировать потерянные зрительные ощущения при полной или неполной потере зрения. Для этого в глаз с поврежденной сетчаткой вживляется имплантат – протез сетчатки, который дополняет саму сетчатку с оставшимися в ней неповрежденными нервными клетками.
В ряде случаев используется полимерная пластинка-матрица с фотодиодами. С нее снимаются электрически импульсы, которые передаются в соседние рабочие нервные клетки. Аналоговые сигналы от оптического изображения на искусственной сетчатке, стимулируют сохранившиеся клетки.
Окружающее изображение формируется при помощи видеокамеры, расположенной на лбу, ИК-дисплея, специальных очков и полимерного фотосенсора с электродами и отверстиями.
При полной слепоте одним из ключевых компонентов системы являются специальные очки со встроенной камерой. Информация с камеры поступает на видеопроцессор, который пациент носит на поясе. Процессор преобразует изображение в сигнал и посылает его на передатчик, встроенный в очки. Затем этот передатчик по беспроводной сети отправляет сигнал на электронный ресивер, встроенный в глаз и электроды фотосенсора, вживленного в сетчатку. Электроды фотосенсора стимулируют функционирующие зрительные нервы сетчатки. Электронные сигналы по зрительным нервам поступают в головной мозг пациента.
Успехи в применении
В августе 2008 года проведена первая операция по пересадке бионического имплантата глаза под названием Argus II, разработанного компанией «Second Sight», США. В рамках испытаний пациентом стал 76-летний англичанин, который из-за наследственной болезни был слеп последние 30 лет. После операции мужчина начал видеть проблески света и, по его словам, научился отличать белые и серые носки от черных.
В декабре 2009 года одним из участников испытаний новой технологии стал 51-летний житель Великобритании Питер Лэйн. Ему в глаз имплантировали электронные фотодатчики, которые посылают в мозг сигналы, собираемые очками. Благодаря этому мужчина впервые за 30 лет смог различить очертания объектов, распознавать буквы.
В 2012 году ученые из Bionic Vision Australia впервые имплантировали прототип электронного бионического глаза женщине с неизлечимым заболеванием – наследственной пигментной дистрофией сетчатки. Эта система оснащена 24 электродами и кабелем, который соединяет его с приемным устройством, расположенным за ухом. Главный недостаток этого прототипа − возможность передавать только черно-белое изображение.
Улучшенный имплантат Argus II уже доступен к использованию в Европе. Операция по его установке длится 4 часа, ее стоимость составляет около 115 тыс. долларов. Имплантат оснащен 60 электродами, что позволяет различать грубые формы предметов и крупные буквы, а также следить за перемещением объекта.
Компания Retina Nano выпустила систему под названием Bio-Retina. Операция по имплантации длиться около 30 минут и выполняется под местной анестезией. Датчик оснащен 576 электродами и позволяет мозгу воспринимать уровни серого.
Усовершенствование бионических имплантатов глаз продолжается. Увеличение количества электродов позволит повысить разрешение, а усовершенствование датчиков – получить цветное зрение.
› Бионический глаз - уже не фантастика
Искусственное зрение
Бионический глаз - специальное устройство, позволяющее слепым людям различать визуальные объекты и этим компенсировать отсутствие зрения. Принцип работы бионического глаза построен на имплантации протеза сетчатки в поврежденный глаз. Сохранившиеся в сетчатке неповрежденные нейроны дополняются искусственными фоторецепторами.
Слепота может наступить по многим причинам. У людей преклонного возраста может развиться деградация сетчатки глаза с атрофией рецепторов. Если палочки и колбочки перестают реагируют на свет, пациент уже не видит. Однако нервные клетки сетчатке глаза сохраняют работоспособность. Это дает шансы восстановления зрения.
Скотома (в переводе с греческого "темнота") - частая причина потери зрения. Это пятно, возникшее вследствие глаукомы или поражения зрительного нерва, локализованное в поле зрения глаза. Скотомы ослабляют или нарушают зрение.
Как действует бионический глаз
Важная часть бионического глаза - полимерная матрица с фотодиодами. Она фиксирует слабые электрические импульсы и транслирует их нервным клеткам. Сигналы, преобразованные в электрическую форму, воздействуют на сохранившиеся в сетчатке нейроны. Альтернативой полимерной матрице могут быть особые очки, видеокамера, инфракрасный датчик. Они способны восстановить функцию центрального и периферийного зрения.
Видеокамера, встроенная в очки записывает картинку в аналоговой форме. Данные передаются процессору, преобразующему сигнал и отсылающего его ресиверу и фотосенсору, вживленному в сетчатую оболочку глаза пациента. Электрические импульсы передаются через оптический нерв в мозг человека.
Особенности восприятия визуального изображения
Конструктивные особенности бионического глаза постоянно совершенствовались. В ранних моделях картинка передавалась с видеокамеры в глаз пациента. Сигнал фиксировался фотодатчиком и с матрицы площадью в сто пикселов поступал по нервным клеткам в мозг. Однако глазное яблоко и камера работали несинхроно.
В другом варианте видеоинформация поступала в портативный компьютер, преобразующий видимое изображение в массив из нескольких тысяч инфракрасных импульсов. Они, отражаясь от стекла очков, попадали в хрусталик глаза и падали на фотосенсоры в глазной сетчатке. Хотя человек не различает ИК-лучи, их воздействие идентично получению самого изображения. Возможно формирование и восприятие пространства, находящегося перед пациентом с бионическими глазами, благодаря сложению картинки от фоторецепторов глаза и наложения картинки от камеры на центральную область глаза.
Из истории использования бионического глаза
Линда Морфут из Калифорнии перенесла пигментный ретинит в возрасте 21 год. Через 29 лет женщина почти ослепла, лишь левый глаз немного реагировал на свет. Это был 2004 год. Врачи предложили Линде испытать бионический глаз с материцей из 16 электродов. После установки датчика Линда стала различать контуры объектов. Она распознавала здания, сооружения, городскую инфраструктуру, людей и освещение города.
Позже бионический глаз имплантировался после потери зрения пациентам в возрасте 50+. Питеру Лейну в глаз вживили контроллеры, передающие мозгу сигналы от особых очков. Лейн и еще 32 добровольца потеряли зрение в результате дистрофии сетчатки еще в юности. Лейн стал различать контуры предметов в комнате и распознавать графические символы. На момент операции Лейну исполнился 51 год. Другие операции также оказались удачными.
10 лет исследователи были оптимистичны по поводу бионического глаза. Предполагалось, что к 2009 году бионический глаз с матрицей 2,5-ой тысяч пикселей будет продаваться по 15 000 фунтов, однако прогноз не сбылся.
Сегодняшний этап развития технологии бионического глаза
Каждый год мощности биомедицинских технологий возрастают. Сегодня стандартом системы искусственного зрения собираются принять матрицу со сторонами по 500 фотоэлементов. В сравнении с первой матрицей 16х16 разница поразительна. Однако обычный человеческий глаз имеет 7 миллионов колбочек и еще 120 миллионов палочек. Матрицам еще есть, куда двигаться.
Систему бионического глаза Argus II разработала и создала фирма Second Sight (США). Ее испытали 130 пациентов с пигментным ретинитом. Argus II состоит из имплантата сетчатки и мини-видеокамеры, встроенной в очки. Камера фиксирует изображение и передает информацию процессору. Данные получает по беспроводной связи имплантат. Он стимулирует сохранившиеся клетки сетчатки электродами и отправляет информацию зрительному нерву.
Пользователи Argus II различают вертикальные и горизонтальные линии через неделю применения системы. Сегодня стоимость бионического глаза Argus II - 150 000 фунтов стерлингов. Разработчики не останавливают работу, балансируя за счёт различных грантов. Конечно даже совершенные модели искусственного глаза еще слабы, но это важные вехи борьбы со слепотой.
Бионический глаз Argus II. Фото: Second Sight
В России впервые прошла операция по имплантации бионической сетчатки, и скоро потерявший 25 лет назад зрение человек сможет снова увидеть мир. Хотя и не так, как здоровые люди. Возглавлявший хирургическую бригаду директор НИЦ офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ имени Н.И. Пирогова, созданного на базе ФНИЦ оториноларингологии ФМБА, профессор Христо Тахчиди рассказал «Медновостям», как работает бионический глаз, когда он станет доступен тысячам других пациентов, в чем важность этого эксперимента для науки, и что нужно для успеха любого научно-клинического проекта.
Христо Тахчиди. Фото: Ирина Резник
Христо Периклович, прошла неделя после операции, можно уже делать какие-то выводы?
— Пока еще рано.Сейчас вся электроника отключена, идет классический послеоперационный период: закрываются и рубцуются раны, адаптируются ткани, налаживается глазной тонус, циркуляция внутриглазной жидкости.А мы следим за этими процессами, успокаиваем глаз, приводя его к норме, и дожидаемся окончания биологического ответа на имплантацию посторонних материалов. Все эти материалы небиологические (то есть, об иммунологической реакции на чужеродный белок речь не идет), они практически полностью инертны и принимаются человеческим организмом.
Что это вообще такое — бионический глаз?
— Это электронная система, призванная выполнять функцию глаза.Она позволяет установить связь с мозгом через электронику и воссоздать, таким образом нарушенную заболеванием сетчатки естественную цепочку. Внешняя часть конструкции — это очки с антенной и микрокамерой, которая захватывает изображение и передает его в преобразователь, который крепится у человека сбоку на ремне. Здесь картинка трансформируется в электрические микроимпульсы, которые дальше поступают уже на сетчатку и стимулируют ее оставшиеся функциональные нейроны, после чего изображение поступает в мозг.
Внутренняя часть — собственно сам бионический глаз — также состоит из нескольких элементов. Один из них — электронный чип с 60 электродами — имплантируется внутрь глаза, а другие — крепятся к глазному яблоку на его поверхности. Но и их мы тоже погрузили немного глубже, чтобы они не мешали и не было видны. Мы впервые работали с электроникой, приходилось проверять ее на каждом этапе операции, в ходе которой имплантат мог повредиться. Запускаться электроника будет спустя две недели после операции, где-то после 19 июля. К этому времени глазные ткани должны будут естественным образом восстановиться. И тогда уже будем смотреть, отвечает ли сетчатка на электрический стимул, и есть ли связь с мозгом.
А что увидит ваш пациент?
— Эти системы дают возможность видеть абстрактное черно-белое изображение в виде определенных конфигураций световых фигур. Этонапоминает пиксельную картинку, пока, правда, с очень слабым разрешением. Но это дает человеку социальную реабилитацию, ему будет значительно легче ориентироваться в пространстве. Пройдя обучение по специальной программе, он будет знать, что означают поступающие к нему на сетчатку, а затем в мозг световые фигуры — дверь, окно или тарелку. Со временем аппарат конечно, будет совершенствоваться и давать картину, более близкую к той, что передает естественное зрение.
Такая конструкция может помочь любому ослепшему человеку? Каковы вообще критерии, по которым отбираются пациенты?
— Критерии достаточно специфичные. Во-первых, у пациента обязательно должен быть пигментный ретинит (дегенерация сетчатки). Это такое классическое заболевание, которое поражает периферию сетчатки, постепенно сужая поле зрения, пока, в конечном итоге, это окошко не закрывается совсем. Это заболевание с определенной наследственной компонентой, которое развивается по своему биологическому сценарию, который, к сожалению, пока нами не управляем, хотя уже и найден ответственный за его развитие ген. Процесс идет десятилетия, поражаются, преимущественно, мальчики, которые слепнут в 30-35 лет.
Но, хотя у человека отсутствует предметное зрение, это не абсолютная слепота, когда вообще нет ощущения света. И эта грань — второе условие для имплантации, у человека должно сохраняться светоощущение с неправильной проекцией. То есть, он не видит, откуда идет свет, но понятия света и тьмы для него существуют. Помимо этого, есть требования к общему состоянию здоровью, учитываются хронические заболевания того же глаза.
Нашему пациенту 59 лет, и он не видит уже более 25 лет. Он из Челябинска, в молодости успел получить профессию, работал фрезеровщиком. На сегодняшний день у него также серьезно снижен слух (до сих пор среди тех, кому имплантировался бионический глаз, не было слабослышащих пациентов), и общаться ему помогает слуховой аппарат. Он оптимист, настроенный на успех, и это очень помогает в нашем общем деле.
Бионический глаз Argus II. Фото: Second Sight
Каким требованиям должна отвечать клиника, способная провести имплантацию?
— Их очень много. Клиника должна иметь самое современное оборудование и высококвалифицированных специалистов, владеющих самыми передовыми технологиями, только тогда вообще рассматривается вопрос участия в программе. Проводится годовое тестирование по оценке аппаратуры, оборудования, расходников. Обучаются и тестируются специалисты, и через какое-то время единицам дают добро. Наш Центр, созданный в 2015 году на базе Федерального научно-клинического центра оториноларингологии ФМБА России, прошел этот отбор.
Он нужен еще и потому, что сейчас мы находимся в самом начале работы в этом направлении. Проект проходит стадию клинической апробации.Небольшой мировой опыт насчитывает около 300 подобных операций, проведенных за десять лет существования технологии. А если говорить об этой, более совершенной модели — бионическом имплантате «Аргус-II» — то всего несколько десятков операций. Поэтому следует полностью исключить человеческий фактор и быть уверенным, что тестируется исключительно сама система — как она работает, что в ней позитивного или негативного, что следует улучшать, какой должна быть следующая модификация.
— Инженерная часть — дело разработчика системы. Это американская фирма «Second Sight» — один из крупных производителей кохлеарных слуховых имплантатов. Концептуально здесь идея та же — кохлеарные имплантаты по конструкции похожи на эту систему. Электроды вводятся во внутреннее ухо для контакта со слуховым нервом, который раздражают поступающие из преобразователя микроэлектрические импульсы. Когда опыт работы с кохлеарными имплантатами показал их эффективность, у компании появилась идея сделать подобное в офтальмологии. Но с сетчаткой, конечно, работать на несколько порядков сложнее, чем со слуховым нервом — это совершенно разные системы.
Что касается хирургии, то офтальмологическая технология была разработана нашими зарубежными коллегами, которые стали в этом деле первопроходцами. Мы сейчас включились в этот научно-клинический процесс, используя эту технологию, отмечаем какие-то нюансы, которые можно изменить, сделать, на наш взгляд, лучше. Человеческая мысль всегда ищет ответ на вопрос: как добиться максимальной эффективности, и сделать это технически более просто. Сейчас мы собрали эту конструкцию, и уже стало понятно, что, если ее сделать в два раза меньше, она будет легче имплантироваться, будет удобней манипулировать с ней.
Если же смотреть на эту историю с научной точки зрения, то сделан маленький шаг на пути к познанию того, каким образом функционирует наша зрительная система. Сегодня мы чуть больше знаем глаз, меньше — сетчатку, еще меньше — зрительный нерв, проводящие пути работы коркового анализатора. Существуют, конечно, определенные гипотезы, но как это происходит на самом деле, еще предстоит расшифровать. Связь между мозгом пациента, которому имплантирована бионическая сетчатка и картинкой будет происходить через электронную систему, которая создана человеком, понимающим, как она работает. И, благодаря этому, появляется элемент кода для расшифровки великой тайны природы под названием зрение.
Вы уже начали готовиться к следующей такой операции? Она вообще планируется?
— Да, планируется на осень.
И такие операции можно будет поставить на поток? Сколько вообще россиян нуждаются в имплантации бионической сетчатки?
— Заболеваемость такой патологией примерно один человек на 4-5 тысяч. То есть, около 40-50 тысяч на всю Россию. И, значит, в ближайшие годы в подобной операции будет нуждаться несколько тысяч человек. Сама система «Argus II» стоит около 10 миллионов рублей, и сейчас ее оплату взяли на себя несколько благотворительных фондов. («Со-единение», «Искусство, наука и спорт»). Но в принципе, все возможно, если поставить такую задачу. В свое время была поставлена задача — внедрить микрохирургические технологии и обеспечить население имплантацией искусственного хрусталика.
И поначалу это тоже представлялось фантастикой.
— В марте 1986 года была создана такая правительственная программа МНТК «Микрохирургии глаза», возглавил которую академик Святослав Николаевич Федоров. Я был в этом проекте с первого дня. А одним из крестных отцов этой программы стал премьер-министр Николай Иванович Рыжков, благодаря его содействию в течение трех лет мы построили 12 центров по всей стране. Строительство каждой клиники обошлось в 9-10 миллионов тех рублей, и еще около 1,5 миллионов валюты пошло на оборудование — вот цена вопроса. Для Советского Союза это были вообще копейки. Они сейчас благополучно функционируют и обеспечивают потребности всей страны и, более того — еще и обучили этой технологии остальных врачей. И уже в 2010 году Минздрав рапортовал о том, что больше 95% операций в стране выполняются микрохирургическими методами. То есть, задача, которую нам в свое время поставило правительство Союза, была полностью выполнена.
То есть, за 20-25 лет проблема была решена в национальном масштабе.
— Да, причем решена так, что мы вышли на самый высокий уровень в мировой офтальмологии. К нам начали приезжать пациенты из развитых стран. В мою бытность генеральным директором МНТК «МГ» мы оперировали до пяти тысяч иностранцев — немцев, итальянцев, жителей богатых стран Персидского залива. А в 2009 году мы отпраздновали пятимиллионную операцию. Система ежегодно обследовала миллион пациентов. И это был не предел, в отдельных филиалах, где были отработаны отношения с региональными органами здравоохранения, своевременно направлявшими сюда больных, показатели были вдвое больше.
Что для этого было нужно? Люди. Прежде всего, лидер, способный собрать вокруг себя таких же энтузиастов, молодых заряженных ребят, немного денег и очень много желания. А главное было — не мешать, проекту развиваться.Мы смогли понять все плюсы и минусы существовавших в мире технологий, усовершенствовать их и за счет этого вывести отечественную офтальмологию на мировой уровень.
Так что, у меня есть богатый практический опыт внедрения в советскую и российскую офтальмологию технологий, которых ранее просто не существовало, а также опыт постоянного усовершенствования внедренных методик. И это стало еще одним серьезным конкурентным преимуществом, которое повлияло на выбор нашей клиники НИЦ офтальмологии РНИМУ для проведения первой имплантации бионического глаза.
Можете ли вы себе представить мир тьмы, окружающей вас повсеместно? Для некоторых из нас такова жуткая реальность, с которой приходится мириться, к которой приходиться привыкать. К счастью, ученые находятся на грани открытия новой технологии, позволяющей восстановить функции зрения. Группа хирургов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно успешно имплантировала первый в мире визуальный стимулятор в мозг 30-летней пациентки, пожелавшей остаться неизвестной.
История неизвестной женщины
Пациентка стала стремительно терять зрение в 2008 году. Состояние было спровоцировано редким заболеванием, именуемым синдромом Фогта-Койанаги-Харада. Недуг поражает радужную оболочку глаза. Через год наша безымянная героиня узнала, что такое полная слепота. Тем не менее потерять зрение - не означает потерять надежду. Восемь лет спустя женщина снова может видеть с помощью бионического глаза. Крошечный стимулятор, напоминающий видеокамеру, размещен в задней части головного мозга пациентки.
Как работает эта технология?
Устройство, имплантированное в мозг слепой пациентке, было разработано в рамках программы Orion I. Этот маленький чип является массивом из крошечных электродов и, по сути, продолжает разработку Argus II, выпущенную в прошлом году в Королевском госпитале Манчестера. Все эти миниатюрные электроды собраны в пучок и выведены сквозь щель в черепной коробке через антенну. Сигналы посылаются в зрительную кору головного мозга через компьютер. Отметим, что английский бионический глаз требует, чтобы у пациента в обязательном порядке сохранились некоторые рабочие клетки сетчатки.
Новая американская технология была разработана для всех, кто полностью лишен зрения. Таким образом, система посылает сигналы непосредственно в мозг, минуя зрительный нерв. И это теоретически может работать как восстановительная процедура для слепых людей. Если предположения медиков подтвердятся, нас ожидает настоящий прорыв. Посредством имплантации бионического глаза получат возможность восстановить зрение даже те пациенты, которые потеряли его в результате развития раковой опухоли.
Четырехчасовая операция
Чтобы разместить имплантат в мозге пациентки, хирургам понадобилось всего четыре часа. Сама операция прошла в августе этого года, еще какое-то время понадобилось на тестирование технологии. Медики проделали небольшое отверстие в задней части черепной коробки пациентки, а затем поместили стимулятор с крошечными электродами в районе зрительной коры. Далее оставалось лишь разместить миниатюрные антенны в приемнике, который принимает сигналы от компьютера и посылает их через отверстие непосредственно в мозг. Затем были запланированы шестинедельные испытания, направленные на тестирование бионического глаза.
Шестинедельные тесты
Медики склонны оценивать результаты тестов как положительные. В течение шести недель женщина видела точные сигналы, которые посылались ей через компьютер. Она смогла различить цветные вспышки, пятна и линии. Вот что говорит доктор Пуратян, контролировавший исследование: «В тот момент, когда пациентка впервые смогла различить цвета, она пережила незабываемый эмоциональный опыт. Ее искренняя радость тронула всех нас до глубины души. На основании первых тестов мы отмечаем, что разработанная нами система имеет огромный потенциал. В дальнейшем она поможет восстанавливать зрение слепым людям».
Ожидание одобрения технологии
Перед тем как продолжить эксперименты и усовершенствовать бионический глаз, ученые ждут одобрения от управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Отметим, что это стандартная процедура. Предположительно разрешение на использование разработки в массовом порядке удастся получить уже в начале 2017 года.
Последующие испытания и усовершенствование
Последующие испытания системы Orion I будут дополнены очками со встроенной видеокамерой. Портативное устройство будет подключено к имплантату. Таким образом, человек получит возможность увидеть все, что сможет уловить камера. Отметим, что это первая технологическая разработка, достигнувшая таких значительных результатов. Если есть возможность обойти функции зрительного нерва, значит, у людей, ослепших в результате глаукомы, диабетической ретинопатии или различных травм, появляется реальный шанс прозреть.