Muligheden til at genskabe synet for blinde er en af de mest dybtgående helbredende handlinger, som lægevidenskaben kan opnå, når det gælder virkningen på den berørte patients liv – og en af de vanskeligste for moderne medicin at opnå. Vi kan genoprette synet i et begrænset antal scenarier, og der er nogle tidlige bioniske øjne på markedet, som kan genoprette et begrænset syn i meget specifikke scenarier. Forskere kan have taget et dramatisk skridt i retning af at ændre dette i fremtiden med resultaterne af et nyt forsøg med at designe en bionisk nethinde.
Det pågældende forskerhold har offentliggjort en artikel i Nature, der beskriver konstruktionen af en halvkugleformet nethinde bygget af nanotråde med høj tæthedsgrad. Nethindens sfæriske form har historisk set været en stor udfordring for biomimetiske anordninger.
Lyset kommer ind i øjet gennem linsen, som er buet – hvilket betyder, at det lys, der rammer nethinden, allerede er blevet buet. Når man bruger en flad sensor til at opfange det, er der en iboende grænse for, hvor meget billedet kan fokuseres. Dette virker som den slags ting, som avanceret kunstig intelligens måske kan hjælpe med, men den tilgængelige processorkraft bag på et menneskes øje er begrænset, og kravet om latenstid for synet er stort set lig nul. Alternativt kunne vi løse problemet med halvkuglerne. Det er det, som Zhiyong Fan, der er elektronik- og computeringeniør ved Hong Kong University of Science and Technology, og resten af forskerholdet gjorde.
De startede med en halvkugle af aluminiumsfolie (som man jo gør). Elektrokemisk behandling forvandlede folien til en isolator, der er kendt som aluminiumoxid, og efterlod den spækket med nanoporer i hele dens tjeneste. Disse tæt sammenhobede huller blev kanalerne for de perovskit-nanotråde, der efterligner selve nethindens funktion. Perovskit anvendes til fremstilling af solceller. Da nanotrådene var vokset, dækkede forskerne øjet med en kunstig linse og fyldte det med en ionisk væske for at efterligne glaslegemet i vores eget øje.
Denne ioniske væske er vigtig for processen, da den gør det muligt for nanotrådene at registrere lys og overføre dets signaler til ekstern, billedbehandlingselektronik.
Det kunstige øjes ydeevne er imponerende. Fordi det ikke er begrænset af de biologiske parametre for vores egen linse, kan det reagere på bølgelængder af lys op til 800 nm. Menneskets synsområde topper omkring 740 mm; farver over denne bølgelængde forekommer os sorte for os. Hvis vi kunne se ved 800 nm, ville vi se i det nærinfrarøde område (750 – 1400 nm). Behandlingstiden for lysmønstre er ~19 ms, dvs. halvdelen af det menneskelige øjes tid. At reducere øjets reaktionshastighed til 19 ms kan reducere den samlede menneskelige reaktionstid – og det kunstige øjes billedskarphed og generelle klarhed var bedre end dem, der blev produceret af Mark I Eyeball.
Note: Læs ikke dette som en kommentar til karakteren af billedfrekvenser, og om mennesker kan se over en bestemt grænse for billedfrekvenser. Målte respons- og genopretningstider på det menneskelige øje varierer fra 40 ms til 150 ms. Den gennemsnitlige samlede menneskelige reaktionstid er mellem 200 ms og 250 ms. Ekstraordinære individer overskrider undertiden disse hastigheder; reaktionstider på 150 ms er ikke ukendte.
Kort sagt ser denne kunstige nethinde bedre end os i flere henseender, og så vidt jeg ved, er det første gang, at noget lignende er blevet bygget. Den nye nethinde mangler endda en blind vinkel.
Den lange vej fremad
Som Scientific American beskriver, er der meget arbejde at gøre, før et system som dette kan integreres i en funktionel enhed. Systemer som Second Sight (et firma, vi har dækket før, linket nedenfor) integrerer direkte med hjernen. Det gør denne kunstige nethinde ikke. Det er et proof-of-concept kunstigt nethinde, som måske en dag vil blive anvendt i et bionisk øje, forudsat at de nuværende problemer kan overvindes.
Det vil være vanskeligt at overvinde disse problemer. Det menneskelige visuelle system er ikke et kamera, selv om det begrebsmæssigt kan beskrives på lignende måde. Ideen om, at vi ville have gavn af de funktioner, som sensoren tilbyder, forudsætter implicit, at vi kan forbinde den med hjernen problemfrit nok til, at disse fordele kan manifestere sig. Da der er forskellige former for blindhed, kan det være, at løsninger, der virker for én type, ikke virker for en anden. Blindhed forårsaget af hjerneskade vil sandsynligvis ikke blive hjulpet af denne type løsning – selv et fejlfrit kunstigt øje vil ikke give os mulighed for at give alle mennesker synet tilbage.
Det langsigtede potentiale her er dog enormt. Det er mindre end et årti siden, at de første kunstige sensorer i gråskala og med lav opløsning kom på markedet. Nu forsøger vi at finde ud af, hvordan vi kan bygge et plausibelt overlegent system og forbinde det med serverens backend, hvis du vil undskylde metaforen. Forhåbentlig vil vi se yderligere fremskridt på området i løbet af det næste årti.
Læs nu:
- Det første rigtige, højopløselige, brugerkonfigurerbare bioniske øje
- Det bioniske øjes fortid, nutid og fremtid
- Det laserdrevne bioniske øje, der giver 576-pixel gråskalasyn til blinde