Vizuální protéza

Vizuální protéza nebo bionické oko je forma neurální protézy určená k částečnému obnovení ztraceného vidění nebo k zesílení stávajícího vidění. Obvykle má podobu externě nošené kamery, která je připojena ke stimulátoru na sítnici, očním nervu nebo ve zrakové kůře za účelem vyvolání vjemů ve zrakové kůře.

Tyto experimentální vizuální přístroje jsou modelovány podle kochleárního implantátu nebo bionických ušních přístrojů, což je typ neurální protézy, která se používá od poloviny 80. let. Jedná se o externě nošený mikrofon a procesor, který je připojen ke stimulátoru v kochleárním, sluchovém nervu, za účelem vytvoření zvukového vnímání v kůře sluchové.

Vědecký výzkum nejméně od 50. let 20. století zkoumal rozhraní elektroniky na úrovni sítnice, optického nervu, thalamu a kortexu. Vizuální protézy, které byly implantovány pacientům po celém světě akutně i chronicky, prokázaly důkaz principu, ale zatím nenabízejí zrakovou ostrost normálně viděného oka.

Schopnost dát zrak nevidomé osobě prostřednictvím bionického oka závisí na okolnostech ztráty zraku. Pro retinální protézy, které jsou nejrozšířenější vyvíjenou vizuální protézou (mimo jiné díky snadnému přístupu k sítnici), je ztráta zraku v důsledku degenerace fotoreceptorů (retinitis pigmentosa, choroideremia, geografická atrofie makulární degenerace) nejlepším kandidátem pro léčbu. Kandidáti na implantáty vizuálních protéz považují zákrok za nejúspěšnější, pokud byl zrakový nerv vyvinut před nástupem slepoty. Osoby narozené se slepotou mohou postrádat plně vyvinutý optický nerv, který se typicky vyvíjí před narozením.[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text]

Technologická hlediska

Vizuální protézy se vyvíjejí jako potenciálně cenná pomůcka pro jedince s poruchou zraku. Vizuální protéza u lidí zůstává předmětem zkoumání.

Drs. Mark Humayun a Eugene DeJuan z Doheny Eye Institute (USC) byli původními vynálezci aktivní epi-retinální protézy a prokázali důkaz principu při akutních vyšetřováních pacientů na Johns Hopkins University počátkem 90. let. Koncem 90. let vznikla společnost Second Sight, která vyvinula chronicky implantabilní retinální protézu. Jejich implantát první generace měl 16 elektrod a byl implantován 6 subjektům v letech 2002 až 2004. Pět z těchto subjektů používá přístroj ve svých domovech dodnes. Tyto subjekty, které byly před implantací všechny úplně slepé, mohou nyní pomocí přístroje vykonávat překvapivou řadu úkolů. Nedávno společnost oznámila, že obdržela souhlas FDA k zahájení testování své druhé generace, implantátu s 60 elektrodami, v USA. Kromě toho naplánovaly klinické zkoušky po celém světě, všechny se rozběhnou v roce 2007. Práci na Second Sight a USC podpořily tři hlavní americké vládní agentury pro financování (National Eye Institute, Department of Energy a National Science Foundation).

Vizuální protéza založená na mikrosystému (MIVIP)

Navrhl ji Claude Veraart na univerzitě v Lovani, jedná se o spirálovou manžetovou elektrodu kolem optického nervu v zadní části oka. Je připojena ke stimulátoru implantovanému v malé prohlubni v lebce. Stimulátor přijímá signály z externě nošené kamery, které jsou převedeny do elektrických signálů, které stimulují optický nerv přímo.

Implantovatelný miniaturní dalekohled

I když se nejedná o skutečnou aktivní protézu, Implantovatelný miniaturní dalekohled je jedním z typů zrakového implantátu, který se setkal s určitým úspěchem v léčbě konečné fáze věkem podmíněné makulární degenerace. Tento typ zařízení je implantován do zadní komory oka a funguje tak, že zvětšuje (asi třikrát) velikost obrazu promítaného na sítnici, aby překonal centrálně umístěný skotom nebo slepou skvrnu.

Jihoněmecký tým vedený Oční fakultní nemocnicí v Tübingenu byl založen v roce 1995 Eberhartem Zrennerem za účelem vývoje subretinální protézy. Čip je umístěn za sítnicí a využívá mikrofotodiodová pole (MPDA), která sbírají dopadající světlo a přeměňují ho na elektrický proud stimulující buňky retinálního ganglionu. Vzhledem k tomu, že přirozené fotoreceptory jsou mnohem účinnější než fotodiody, viditelné světlo není dostatečně silné, aby stimulovalo MPDA. Proto se ke zvýšení stimulačního proudu používá externí napájecí zdroj. Německý tým zahájil experimenty in vivo v roce 2000, kdy byly změřeny evokované kortikální potenciály u mikroprasat a králíků z Yucatanu. 14 měsíců po implantaci byly vyšetřeny implantát a sítnice, které ho obklopují, a nebyly zaznamenány žádné změny anatomické integrity. Implantáty úspěšně vytvářely evokované kortikální potenciály u poloviny testovaných zvířat. Prahové hodnoty zjištěné v této studii byly podobné těm, které byly požadovány při stimulaci epiretiny. Poslední zprávy z této skupiny se týkají výsledků klinické pilotní studie na osmi účastnících trpících RP. Výsledky měly být podrobně představeny na kongresu ARVO 2007 ve Fort Lauderdale.[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text]

Harvard/MIT Retinální implantát

Joseph Rizzo a John Wyatt z MIT a Massachusetts Eye and Ear Infirmary vyvinuli stimulační čip, který sedí na sítnici a je následně stimulován signály vysílanými z kamery umístěné na brýlích. Stimulační čip dekóduje obrazovou informaci vysílanou z kamery a stimuluje podle toho buňky retinálního ganglionu.

Umělá křemíková retina (ASR)

Bratři Alan Chow a Vincent Chow vyvinuli mikročip obsahující 3500 fotodiod, které detekují světlo a přeměňují ho na elektrické impulsy, které stimulují zdravé retinální gangliové buňky. ASR nevyžaduje žádné externě nošené přístroje.

Optoelektronická sítnicová protéza

Daniel Palanker a jeho skupina na Stanfordově univerzitě vyvinuli optoelektronický systém pro vizuální protézu, který zahrnuje subretinální fotodiodové pole a infračervený projekční systém namontovaný na videobrýlích. Informace z videokamery se zpracovávají v kapesním PC a zobrazují se na pulzních infračervených (IR, 850-900 nm) videobrýlích. IR obraz se promítá na sítnici pomocí přirozené oční optiky a aktivuje fotodiody v subretinálním implantátu, které přeměňují světlo na pulzní dvoufázový elektrický proud v každém pixelu. Proud lze dále zvýšit přibližně o řád pomocí běžného předpětí, které poskytuje implantovatelný zdroj napájení řízený radiofrekvencí Blízké blízkosti mezi elektrodami a nervovými buňkami, které jsou nezbytné pro stimulaci ve vysokém rozlišení, lze dosáhnout využitím efektu migrace sítnice.

Funkčně podobný přístroji Harvard/MIT, až na to, že čip stimulátoru je umístěn v primární zrakové kůře, nikoliv na sítnici. Mnoha subjektům byla implantována vysoká úspěšnost a omezené negativní účinky. Ještě ve vývojové fázi, po smrti doktora Dobelleho, byl prodej oka za účelem zisku zamítnut ve prospěch jeho darování veřejně financovanému výzkumnému týmu.[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text]

Intrakortikální vizuální protéza

Laboratoř neuronové protézy na Illinois Institute of Technology (IIT), Chicago, vyvíjí vizuální protézu pomocí Intracortical Iridium Oxide (AIROF) elektrodových polí. Tato pole budou implantována na týlní lalok. Externí hardware bude snímky zachycovat, zpracovávat je a generovat pokyny, které pak budou přenášeny do implantovaných obvodů prostřednictvím telemetrického spojení. Obvody budou dekódovat pokyny a stimulovat elektrody, a tím stimulovat vizuální kůru. Skupina vyvíjí nositelný externí systém zachycování a zpracování snímků. Jsou prováděny studie na zvířatech a psypofyzikální studie na lidech s cílem otestovat proveditelnost lidského dobrovolného implantátu. [Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text]

Virtuální sítnicový displej (VRD)

Laserový systém pro promítání obrazu přímo na sítnici. To může být užitečné pro zlepšení normálního vidění nebo obejití okluze, jako je šedý zákal nebo poškozená rohovka.