Vrijeme nije prijatelj vašeg tijela. Godine će vam oduzeti boju vaše kose, prigušiti blatnost vaših zglobova, izbrisati elastičnost vaše kože. Među tim brojnim oštećenjima starosti, međutim, jedna od najgorih je potencijalni gubitak vida.
Vodeći uzrok gubitka vida povezanog s godinama je makularna degeneracija - bolest koja polako izjeda kod središnjeg vida, ostavljajući zamagljenu ili tamnu rupu u sredini vašeg vidnog polja. Nacionalni zavodi za zdravstvo procjenjuju da će do 2020. godine gotovo tri milijuna Amerikanaca starijih od 40 godina patiti od neke faze bolesti. Ali gubitak vida nije ograničen na starije osobe. Retinitis pigmentosa, genetski naslijeđena bolest, također pogađa oko 1 od 4.000 ljudi u Sjedinjenim Državama - i mladih i starih.
Bolesti ciljaju fotoreceptore, a to su stanice šipkastog i konusnog oblika na stražnjoj strani oka. Te stanice pretvaraju svjetlost u električni signal koji putem optičkog živca putuje do mozga. Makularna degeneracija i retinitis pigmentosa razgrađuju ove fotoreceptore. U najnaprednijim oblicima bolesti mnogi zadaci postaju gotovo nemogući bez pomoći: čitanje teksta, gledanje televizije, vožnja automobila, čak i prepoznavanje lica.
Iako su utjecaji teški, nisu izgubljene sve nade. Ostatak neurona mrežnice i stanice koje prenose električne signale često se ostavljaju netaknuti. To znači da ako znanstvenici mogu opremiti uređaj koji u biti može oponašati funkciju štapova i stožaca, tijelo i dalje može obraditi rezultirajuće signale.
Istraživači i programeri širom svijeta pokušavaju učiniti upravo to. Tim iz Stanforda koristi malo i glatko rješenje: sitni fotodiodni implantati, djelić širine dlake preko, koji se ubacuju ispod oštećenog dijela mrežnice.
"Djeluje poput solarnih panela na vašem krovu, pretvarajući svjetlost u električnu struju", kaže Daniel Palanker, profesor oftalmologije na Sveučilištu Stanford u priopćenju za javnost o radu. "Ali umjesto struje koja teče prema vašem hladnjaku, ona se ulijeva u vašu mrežnicu."
PRIMA se sastoji od implantata mrežnice, par naočala s video kamerom i džepnog računala. (Daniel Palanker Lab) Prozvana PRIMA (fotonaponski retinalni IMplAnt), minute ploče su uparene s setom naočala koje u sredini imaju ugrađenu video kameru. Kamera slika okolicu i bežično prenosi slike na džepno računalo na obradu. Zatim naočale obrađuju obrađene slike očima u obliku impulsa blizu infracrvenog svjetla.
Malen niz implantata silikonskog „solarnog panela“ - svaki otprilike 40 i 55 mikrona u PRIMINOJ najnovijoj iteraciji - uzima IR svjetlo i pretvara ga u električni signal, koji se šalje kroz tjelesnu prirodnu mrežu neurona i pretvara u slika u mozgu.
Da bi testirali uređaj, tim je implantirao sićušne PRIMA ploče u štakore, a zatim ih izložio bljeskovima svjetla, izmjerivši njihov odziv pomoću elektroda implantiranih preko vidnog korteksa - dijela mozga koji obrađuje slike. Koristeći implantate od 70 mikrona koji su tada razvili, istraživači su otkrili da su štakori imali oko 20/250 vida - malo više od zakonske sljepoće u SAD-u, što je vizija 20/200. To znači da osoba može vidjeti na 20 stopa što osoba sa savršenim vidom može vidjeti na 250 stopa, što čini većinu svoje okolice zamagljenom.
"Ova mjerenja sa 70 mikronskih piksela potvrdila su našu nadu da je protetska vidna oštrina ograničena nagibom piksela [ili udaljenosti od središta jednog piksela do središta sljedećeg piksela]. To znači da to možemo poboljšati čineći manje piksela, ", Piše Palanker putem e-pošte. Već su razvili piksele veličine tri četvrtine. "Sada radimo na još manjim pikselima", piše on.
PRIMA, naravno, nije jedina momčad koja postiže ovaj cilj. Uređaj nazvan Argus II iz Second Sight-a, sa sjedištem u Kaliforniji, već ga je plasirao na tržište u SAD-u. Odobreno od veljače 2013. od strane Uprave za hranu i lijekove za pacijente s teškim pigmentozama retinitisa, osnovno postavljanje slično je PRIMA-i. Ali umjesto solarne ploče, implantat je mreža elektroda koja je pričvršćena na kućište elektronike veličine graška i unutarnje antene. Kamera u naočalama pravi sliku koju mali računar obrađuje, a zatim bežično prenosi na implantat koji stvara električne signale za stvaranje slike.
Ali postoji nekoliko nedostataka ovog sustava. Elektronika implantata je glomazna i antene mogu doživjeti smetnje kod kućanskih uređaja ili drugih uređaja koji ovise o antenama, poput mobitela. Uređaj također ima ograničenu razlučivost, vraćajući vid na oko 20 / 1.260 bez dodatne obrade slike. Zbog ove ograničene razlučivosti, FDA je odobrila njegovu uporabu samo kod pacijenata koji su gotovo potpuno slijepi.
"FDA ne želi riskirati oštećenje vida na oku koje već ima, jer je količina vizualne obnove minimalna", kaže William Freeman, direktor Jacobs Retina centra na kalifornijskom Sveučilištu San Diego, "Možeš dobiti malo, ali nije puno."
U radu je i mnogo više tehnologija. Njemačka tvrtka Retinal Implant AG koristi digitalni čip, sličan onome koji se nalazi u kameri. Ali preliminarni testovi za tehnologiju kod ljudi su izmiješani. Freeman je dio druge tvrtke, Nanovision, koja koristi nanowire implantate koji su jedva veći od valne duljine svjetlosti. Iako djeluju slično kao PRIMA-ini fotodiodi, Freeman kaže kako imaju potencijal da budu osjetljiviji na svjetlost i mogu pomoći budućim pacijentima da vide na sivoj skali - a ne samo crno-bijelu. Tehnologija je još uvijek u pokusima na životinjama radi procjene njezine učinkovitosti.
"[Za] sve ove tehnologije postoje ograničenja koja su intrinzična", kaže Grace L. Shen, direktorica programa za retinalne bolesti Nacionalnog instituta za oči. Iako nije izravno uključena u istraživanje proteza, Shen služi kao službenik programa za jedan od grantova koji podupiru Palankerov rad.
PRIMA se bavi nekim od ograničenja rješenja na bazi elektroda poput Second Sight. Iako su slike koje proizvodi još uvijek crno-bijele, PRIMA obećava veću razlučivost bez potrebe za žicama ili antenom. Budući da su implantati modularni, mogu se popločati tako da odgovaraju svakom pojedinom pacijentu. "Možete staviti onoliko koliko vam je potrebno da pokrijete veliko vizualno polje", kaže Palanker.
Prima je također lakše implantirati. Odjeljak mrežnice odvaja se ubrizgavanjem tekućine. Zatim se šuplja igla opterećena solarnim pločama koristi u osnovi za postavljanje ploča u oči.
Ali kao i kod svih operacija oka, postoje i rizici, objašnjava Jacque Duncan, oftalmolog sa Sveučilišta u Kaliforniji, San Francisco, koji nije bio uključen u posao. Za kirurgiju sub-retinale koja zahtijeva PRIMA ti rizici uključuju odvajanje mrežnice, krvarenje i ožiljke. Također postoji mogućnost da ako uređaj ne bude postavljen ispravno, može oštetiti zaostali vid.
U skladu s tim, Duncanovo prihvaćanje novog uređaja je pozitivno. "Mislim da je ovo uzbudljiv razvoj", kaže ona. "PRIMA pristup ima puno potencijala za pružanje oštrine vida koja bi mogla biti usporediva ili čak i bolja od trenutno odobrenog Second Sight uređaja ARGUS II."
Kao što je Anthony Andreotolla, pacijent s implantatom Argus II, rekao CBS-u početkom ove godine, njegov je vid sigurno ograničen: "Mogu reći razliku između automobila ili autobusa ili kamiona. Ne mogu vam reći što čine automobil je." Ali izgledi za daljnji napredak daju pacijentima - uključujući Andreotolla, koji boluje od pigmentoze retinitisa i izgubio je vid do 30-ih godina - nadu u budućnost.
PRIMA ima još dug put prije nego što je spremna za tržište. Tim je udružio Pixium Vision of France i zajedno rade na komercijalizaciji. Palanker i njegovi ko-izumitelji imaju dva patenta vezana za tehnologiju. Sljedeći korak su ispitivanja s ljudima, a prvo je upravo odobrila francuska regulatorna agencija. Ispitivanja će započeti malo, samo pet pacijenata koji će se proučavati tijekom 36 mjeseci. "Želimo vidjeti koji su pragovi i kirurška pitanja", kaže Palanker.
Te će testovi služiti kao dokazno sredstvo za uređaj, kaže Shen. "Dok ga stvarno ne testiraju na ljudima, nismo mogli biti sigurni u kakve su koristi."
Slika s desne strane prikazuje niz širine 1 mm ugrađenog subretinalno u oči štakora. SEM slika pokazuje veće povećanje niza sa 70um piksela postavljenim na retinalni pigmentni epitel u svinjsko oko. Umetak u boji s lijeve strane prikazuje jedan piksel u šesterokutnoj matrici. (Daniel Palanker Lab) Trenutno, objašnjava Shen, vizualna jasnoća koju uređaji daju nije ono što ona smatra "smislenim vizualnim slikama". To se može postići samo boljim razumijevanjem neuronskih putova. "Ako imate samo nekoliko žica, to ne čini radio", kaže ona. "Morate ispraviti ožičenje."
Isto je i s vizijom; to nije sustav plug-and-play. Mapiranjem čitavog neuronskog puta tek se istraživači mogu nadati stvaranju oštrijih slika pomoću protetskih uređaja, možda čak i slika u boji.
Palanker se slaže. "Pravilna upotreba preostalog sklopa mrežnice za stvaranje mrežnice što je više moguće prirodna trebala bi pomoći poboljšanju protetskog vida", piše u e-poruci.
Postoje i bolesti vida kod kojih mnoga od ovih rješenja neće uspjeti, kaže Freeman. Gubitak vida zbog glaukoma jedan je primjer. "Unutarnje stanice mrežnice su mrtve, tako da sve što stimulirate nema veze s mozgom", kaže on.
Međutim, na ovom su skupu dobri istraživači iz svih oblasti, koji pomeraju granice onoga što znamo da je moguće - inženjera, materijalnih znanstvenika, biologa i drugih. Iako bi moglo potrajati neko vrijeme, vjerojatno će još puno toga doći. Baš kao i kod naših mobitela i kamera, kaže Shen, sustavi su u posljednjih nekoliko desetljeća postali brži, učinkovitiji i manji. "Nadam se da još nismo postigli svoj limit", dodaje ona.
Ključno je, kaže Freeman, upravljanje očekivanjima. S jedne strane, istraživači se trude da ljudima ne daju lažne nade. "S druge strane, ne želite ljudima govoriti da je to beznadežna stvar", kaže on. "Pokušavamo i mislim da će jedan ili više tih pristupa uspjeti."
