Schopnost vrátit zrak nevidomým je jedním z nejhlubších léčebných činů, jakých může medicína dosáhnout, pokud jde o dopad na život postiženého pacienta – a jedním z nejobtížněji dosažitelných pro moderní medicínu. Zrak můžeme obnovit v omezeném počtu scénářů a na trhu je několik prvních bionických očí, které mohou obnovit omezené vidění ve velmi specifických scénářích. Vědci možná učinili dramatický krok k tomu, aby se to v budoucnu změnilo, a to díky výsledkům nového experimentu s konstrukcí bionické sítnice.
Dotčený výzkumný tým publikoval v časopise Nature článek, v němž podrobně popisuje konstrukci polokulovité sítnice sestavené z nanodrátků s vysokou hustotou. Kulovitý tvar sítnice byl v minulosti pro biomimetická zařízení velkou výzvou.
Světlo vstupuje do oka čočkou, která je zakřivená – což znamená, že světlo, které dopadá na sítnici, je již zakřivené. Když k jeho zachycení použijete plochý snímač, existuje vnitřní omezení, jak moc lze obraz zaostřit. To vypadá jako věc, se kterou by mohla pomoci špičková umělá inteligence, ale množství výpočetního výkonu dostupného v zadní části lidské oční bulvy je omezené a požadavek na zpoždění vidění je v podstatě nulový. Případně bychom mohli vyřešit problém s hemisférami. Právě to udělal Zhiyong Fan, elektronický a počítačový inženýr z Hongkongské univerzity vědy a technologie, a zbytek výzkumného týmu.
Začali s polokoulí z hliníkové fólie (jak se to dělá). Elektrochemickou úpravou přeměnili fólii na izolant známý jako oxid hlinitý a zanechali ji posetou póry v nanorozměrech po celém jejím servisu. Tyto hustě seskupené otvory se staly kanály pro perovskitové nanodrátky, které napodobují funkci samotné sítnice. Perovskit se používá při výrobě solárních článků. Jakmile nanodrátky vyrostly, vědci oko uzavřeli umělou čočkou a naplnili jej iontovou kapalinou, která napodobuje sklivec v naší vlastní oční bulvě.
Tato iontová kapalina je pro proces důležitá, protože umožňuje nanodrátkům detekovat světlo a přenášet jeho signály do externí, obraz zpracovávající elektroniky.
Výkon umělého oka je působivý. Protože není omezeno biologickými parametry naší vlastní čočky, může reagovat na světlo o vlnové délce až 800 nm. Rozsah lidského vidění vrcholí kolem 740 mm; barvy nad touto vlnovou délkou se nám jeví jako černé. Kdybychom viděli na 800 nm, viděli bychom do blízkého infračerveného pásma (za které se považuje 750 až 1400 nm). Doba zpracování světelných obrazců je ~19 ms, tedy polovina doby lidského oka. Zkrácení reakční rychlosti oka na 19 ms by mohlo zkrátit celkovou reakční dobu člověka – a ostrost a celková čistota obrazu umělého oka byly lepší než ty, které produkuje Mark I Eyeball.
Poznámka: Neberte to jako komentář k povaze snímkové frekvence a k tomu, zda lidé vidí nad určitou prahovou hodnotou snímkové frekvence. Naměřené doby odezvy a zotavení lidského oka se pohybují od 40 ms do 150 ms. Průměrná celková reakční doba člověka se pohybuje mezi 200 ms a 250 ms. Výjimeční jedinci tyto rychlosti někdy překračují; reakční doba 150 ms není neznámá.
Zkrátka, tato umělá sítnice vidí v mnoha ohledech lépe než my a pokud je mi známo, je to poprvé, co bylo něco podobného sestrojeno. Nová sítnice dokonce postrádá slepou skvrnu.
Dlouhá cesta před námi
Jak podrobně popisuje Scientific American, než bude možné podobný systém integrovat do funkčního zařízení, čeká nás ještě spousta práce. Systémy jako Second Sight (společnost, o které jsme již psali, odkaz níže) se integrují přímo s mozkem. Tato umělá sítnice ne. Jedná se o zkušební koncept umělé sítnice, který by mohl být jednoho dne nasazen v bionickém oku, pokud se podaří překonat současné problémy.
Překonání těchto problémů bude obtížné. Lidský zrakový systém není fotoaparát, i když jej lze koncepčně popsat podobně. Myšlenka, že bychom měli prospěch z funkcí, které senzor nabízí, implicitně předpokládá, že jej dokážeme propojit s mozkem natolik hladce, aby se tyto výhody projevily. Protože existují různé formy slepoty, řešení, která fungují u jednoho typu, nemusí fungovat u jiného. Slepotě způsobené poškozením mozku by tento druh řešení pravděpodobně nepomohl – ani bezchybné umělé oko nám neumožní vrátit zrak každému člověku.
Přesto je zde obrovský dlouhodobý potenciál. Je to méně než deset let, co se na trhu objevily první umělé senzory s nízkým rozlišením ve stupních šedi. Nyní se snažíme přijít na to, jak vytvořit věrohodně lepší systém a připojit ho k serverovému backendu, promiňte mi tu metaforu. Doufejme, že se v příštím desetiletí dočkáme dalšího pokroku v této oblasti.
Teď si přečtěte:
- První skutečné, uživatelsky konfigurovatelné bionické oko s vysokým rozlišením
- Pravda, současnost a budoucnost bionických očí
- Laserem poháněné bionické oko, které poskytuje nevidomým vidění ve stupních šedi s rozlišením 576 pixelů
.