Kunstmatige retina zou het zicht op de blind kunnen herstellen


Kunstmatige retina zou het zicht op de blind kunnen herstellen

Twee onderzoekers in de VS hebben een enorme stap vooruit gezet bij het ontwikkelen van technologie om blinde mensen te helpen zien: ze hebben een kunstmatig netvlies gemaakt dat de normale visie in blinde muizen herstelde. En ze hebben al een manier uitgewerkt om een ​​soortgelijk apparaat voor apen te maken, die ze snel willen herontwerpen en testen voor menselijk gebruik.

Kunstmatige retina's zijn geen nieuwe uitvinding, maar degenen die tot nu toe zijn vervaardigd produceren alleen ruwe visuele velden waar de gebruiker vlekken en randen van licht ziet om hen te helpen navigeren.

Maar de ene Sheila Nirenberg en Chethan Pandarinath bij Weill Cornell Medical College in New York hebben ontwikkeld, laten dieren toe om gezichteigenschappen op te sporen en bewegende beelden te volgen.

Zij rapporteren hun doorbraak online in het 13 augustus nummer van de Verrigtingen van de National Academy of Sciences (PNAS) .

Unieke functie: gecodeerde neurale signalen

Hun kunstmatige retina is anders omdat het een uniek kenmerk bevat: de neurale code die de retina cellen gebruiken om de visuele informatie aan de hersenen te communiceren. Het combineren van de code met het vermogen om een ​​groot aantal lichtgevoelige cellen te stimuleren produceert een systeem dat de hersenen de juiste hoeveelheid en soort informatie geeft om te "zien".

Leidende auteur Nirenberg, een rekenkundige neurowetenschapper bij Weill Cornell, vertelde de pers dat ze denkt dat een dag blinde mensen een visor kunnen dragen, zoals die van de Geordi La Forge op de tv-show Star Trek draagt. De visor zal een camera hebben die licht aanneemt en een chip die dat licht verandert in een code die de hersenen gebruikt om het beeld opnieuw te maken.

"Het is een spannende tijd. We kunnen blinde muishutten zien, en we bewegen zo snel als we kunnen om hetzelfde bij mensen te doen , "Zei Nirenberg, een professor in het Departement Fysiologie en Biofysica en in het Instituut voor Computational Biomedicine bij Weill Cornell.

Hoe het netvlies werkt

Wetenschappers hopen dat kunstmatige retinas binnen een decennium gebruikt kunnen worden om mensenblindheid te behandelen.

Normale visie is waar licht in het oog komt en valt op lichtgevoelige cellen die op het oppervlak van het netvlies liggen. De "circuits" in het netvlies zetten het licht om in een reeks gecodeerde elektrische signalen of neurale pulsen, en doorgeven ze naar de uitvoercellen genaamd ganglioncellen die de gecodeerde pulsen doorgeven aan de hersenen via de optische zenuw achter in het oog.

De hersenen begrijpen de stroom van gecodeerde neurale pulsen en vertaalt het in betekenisvolle afbeeldingen.

Een gemeenschappelijke oorzaak van blindheid is wanneer het netvlies wordt beschadigd door ziekten die de fotoreceptoren doden en / of de circuits vernietigen die de gecodeerde neurale pulsen veroorzaken. Maar vaak beschadigen deze ziekten de uitvoercellen niet.

Waarom Huidige Prosthetica het volledige baan niet kan doen

Huidige prosthetica werken door gebruik te maken van elektroden die geïmplanteerd worden in het oog van de blinde patiënt om de overlevende cellen te drijven: zij stimuleren de ganglioncellen met elektrische stroom.

Maar deze methode produceert alleen zeer ruwe visuele velden: de cellen worden gestimuleerd, maar krijgen geen goede signalen, een soort neurale equivalent van "wit geluid".

Wetenschappers werken op verschillende manieren om deze aanpak te verbeteren. Zo is er bijvoorbeeld een stimulans in het implantaat, in de hoop dat met meer stimulatie het beeld zal verbeteren.

Een andere aanpak die wordt getest, gebruikt genterapie om lichtgevoelige eiwitten in het netvlies te genereren om de ganglioncellen te stimuleren.

Maar de uitvinding die "wachtend gebeurt", zoals Nirenberg verklaart, is een die niet alleen een groot aantal cellen stimuleert, maar stimuleert ze ook met de juiste code, hetzelfde als het netvlies gebruikt om met de hersenen te communiceren.

Hoe maakte ze de ontdekking

Nirenberg had het idee dat elk lichtpatroon op het netvlies moet worden omgezet in equivalente patronen van neurale impulsen via een algemene code of set van wiskundige vergelijkingen.

Ze zei dat mensen de code voor eenvoudige patronen hebben geprobeerd. Maar ze was ervan overtuigd dat de code genoodzaakt zou moeten worden voor elk type stimulus, simpel en complex, of het nu gaat om gezichten, landschappen, alles wat het oog kijkt.

Het werkelijke 'aha'-moment kwam toen ze om een ​​andere reden aan de code werkte, zei Nirenberg. Ze realiseerde wat ze gevonden kon werken op een prothese.

Zo legden ze en Pandarinath de vergelijkingen waar ze aan werken op een elektronische chip, en combineerde ze met een mini-projector.

De chip vertaalt het lichtpatroon (het beeld) dat in het oog komt in gecodeerde elektrische pulsen, en de mini-projector zet ze om in lichtimpulsen.

De lichtpulsen stimuleren de lichtgevoelige eiwitten die zijn ingebracht in de ganglioncellen, en het resultaat is dat de hersenen gecodeerde neurale pulsen ontvangen.

Zij testen de methode in muizen. Ze hebben twee versies van het prothese gemaakt en vergeleken: één zonder de code en één met de code.

Nirenberg zei dat het effect dramatisch was. Wanneer ze de code invoeren, is de prestatie van het systeem "gesprongen" naar bijna normale niveaus, dat wil zeggen:

"... er was genoeg informatie in de output van het systeem om beelden van gezichten, dieren te reconstrueren - in principe alles wat we geprobeerd hadden," zei Nirenberg.

Ze hebben een aantal strenge tests gedaan om vast te stellen dat de patronen die zijn gemaakt met behulp van de prosthetica in de retina's van blinde muizen, overeenkomen met degenen die door retina's zijn geproduceerd bij het zien van muizen.

Uit de studie blijkt dat de kritieke componenten voor het maken van een zeer effectieve retinale prothetiek, de retina's code en een hoge resolutie methode van ganglioncel stimulatie, nu min of meer in zijn plaats zijn, aldus Nirenberg.

Volgende stap

Het nieuwe apparaat biedt hoop voor de 25 miljoen mensen over de hele wereld waarvan de blindheid te wijten is aan retinale aandoeningen. Drugs kunnen een klein percentage van deze populatie helpen, maar hun beste kans om zicht te herstellen is met een prothese.

De veiligheid en effectiviteit van het prothese zal nu in menselijke proeven moeten worden getest, met name om te laten zien dat het gedeelte van de gentherapie die de lichtgevoelige eiwitten maakt veilig is.

Nirenberg stelt echter voor dat het gentherapie onderdeel veilig zal zijn omdat het hetzelfde type therapie is dat is getest voor het behandelen van andere retinale ziekten.

Ze zei dat het hele proces 'spannend' is geweest en dat ze niet kan wachten tot het testen gedaan moet worden zodat patiënten zo snel mogelijk kunnen profiteren.

Subsidies van de National Institutes of Health en Cornell University's Institute for Computational Biomedicine hebben de studie gefinancierd, en beide auteurs hebben een octrooi op het apparaat ingediend.

What Is The Resolution Of The Eye? (Video Medische En Professionele 2019).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Ziekte