Die Fähigkeit, Blinden das Augenlicht wiederzugeben, ist eine der tiefgreifendsten Heilungsmaßnahmen, die die Medizin erreichen kann, was die Auswirkungen auf das Leben der betroffenen Patienten angeht – und eine der schwierigsten für die moderne Medizin. Wir können das Sehvermögen in einer begrenzten Anzahl von Fällen wiederherstellen, und es gibt bereits einige bionische Augen auf dem Markt, die in ganz bestimmten Fällen ein eingeschränktes Sehvermögen wiederherstellen können. Mit den Ergebnissen eines neuen Experiments zur Entwicklung einer bionischen Netzhaut haben Forscher möglicherweise einen entscheidenden Schritt unternommen, um dies in Zukunft zu ändern.
Das betreffende Forscherteam hat in Nature einen Artikel veröffentlicht, in dem die Konstruktion einer halbkugelförmigen Netzhaut aus hochdichten Nanodrähten beschrieben wird. Die kugelförmige Form der Netzhaut war in der Vergangenheit eine große Herausforderung für biomimetische Geräte.
Das Licht tritt durch die Linse in das Auge ein, die gekrümmt ist – das bedeutet, dass das Licht, das auf die Netzhaut trifft, bereits gekrümmt ist. Wenn man einen flachen Sensor verwendet, um es einzufangen, gibt es eine Grenze dafür, wie stark das Bild fokussiert werden kann. Dies scheint eine Sache zu sein, bei der modernste KI helfen könnte, aber die verfügbare Rechenleistung auf der Rückseite des menschlichen Augapfels ist begrenzt, und die für das Sehen erforderliche Latenzzeit ist praktisch gleich null. Alternativ könnten wir das Hemisphärenproblem lösen. Das ist es, was Zhiyong Fan, ein Elektronik- und Computeringenieur an der Hong Kong University of Science and Technology, und der Rest des Forschungsteams getan haben.
Sie begannen mit einer Halbkugel aus Aluminiumfolie (wie man es tut). Eine elektrochemische Behandlung verwandelte die Folie in einen Isolator, der als Aluminiumoxid bekannt ist, und hinterließ sie mit nanoskaligen Poren auf der gesamten Oberfläche. Diese dicht gepackten Löcher wurden zu Kanälen für die Perowskit-Nanodrähte, die die Funktion der Netzhaut selbst nachahmen. Perowskit wird für die Herstellung von Solarzellen verwendet. Nachdem die Nanodrähte gewachsen waren, deckten die Forscher das Auge mit einer künstlichen Linse ab und füllten es mit einer ionischen Flüssigkeit, um den Glaskörper in unserem eigenen Augapfel zu imitieren.
Diese ionische Flüssigkeit ist für den Prozess wichtig, da sie es den Nanodrähten ermöglicht, Licht zu erkennen und ihre Signale an eine externe, bildverarbeitende Elektronik zu übertragen.
Die Leistung des künstlichen Auges ist beeindruckend. Da es nicht durch die biologischen Parameter unserer eigenen Linse begrenzt ist, kann es auf Lichtwellenlängen von bis zu 800 nm reagieren. Der menschliche Sehbereich endet bei 740 mm; Farben oberhalb dieser Wellenlänge erscheinen uns schwarz. Wenn wir bei 800 nm sehen könnten, würden wir im nahen Infrarotbereich sehen (der als 750 bis 1400 nm gilt). Die Verarbeitungszeit für Lichtmuster beträgt ~19 ms, also die Hälfte der Zeit des menschlichen Auges. Eine Verkürzung der Reaktionszeit des Auges auf 19 ms könnte die gesamte menschliche Reaktionszeit verkürzen – und die Bildschärfe und Gesamtklarheit des künstlichen Auges waren besser als die des Mark I Eyeball.
Anmerkung: Lesen Sie dies nicht als einen Kommentar zur Art der Bildwiederholrate und zur Frage, ob Menschen oberhalb einer bestimmten Bildwiederholrate sehen können. Gemessene Reaktions- und Erholungszeiten des menschlichen Auges liegen zwischen 40 und 150 ms. Die durchschnittliche menschliche Gesamtreaktionszeit liegt zwischen 200 und 250 ms. Außergewöhnliche Individuen überschreiten manchmal diese Geschwindigkeiten; Reaktionszeiten von 150 ms sind nicht unbekannt.
Kurz gesagt, diese künstliche Netzhaut sieht in mehrfacher Hinsicht besser als wir, und soweit ich weiß, ist dies das erste Mal, dass etwas Ähnliches gebaut wurde. Die neue Netzhaut hat sogar keinen blinden Fleck.
Der lange Weg nach vorn
Wie Scientific American berichtet, ist noch viel Arbeit zu leisten, bevor ein solches System in ein funktionierendes Gerät integriert werden kann. Systeme wie Second Sight (ein Unternehmen, über das wir bereits berichtet haben, siehe unten) sind direkt mit dem Gehirn verbunden. Bei dieser künstlichen Netzhaut ist das nicht der Fall. Es handelt sich um einen Konzeptnachweis für eine künstliche Netzhaut, die eines Tages in einem bionischen Auge eingesetzt werden könnte, sofern die derzeitigen Probleme überwunden werden können.
Die Überwindung dieser Probleme wird schwierig sein. Das menschliche Sehsystem ist keine Kamera, auch wenn es konzeptionell ähnlich beschrieben werden kann. Die Vorstellung, dass wir von den Funktionen, die der Sensor bietet, profitieren würden, setzt voraus, dass wir ihn nahtlos genug mit dem Gehirn verbinden können, damit diese Vorteile zum Tragen kommen. Da es verschiedene Formen von Blindheit gibt, können Lösungen, die bei einer Art von Blindheit funktionieren, bei einer anderen nicht funktionieren. Bei Blindheit, die durch eine Hirnschädigung verursacht wurde, wäre es unwahrscheinlich, dass diese Art von Lösung hilft – selbst ein einwandfreies künstliches Auge wird es uns nicht ermöglichen, allen Menschen das Augenlicht wiederzugeben.
Allerdings ist das langfristige Potenzial hier gewaltig. Es ist weniger als ein Jahrzehnt her, dass die ersten Graustufen-Sensoren mit niedriger Auflösung auf den Markt kamen. Jetzt versuchen wir herauszufinden, wie wir ein plausibel überlegenes System bauen und es mit dem Server-Backend verbinden können, wenn Sie mir die Metapher verzeihen. Hoffentlich werden wir in den nächsten zehn Jahren weitere Fortschritte auf diesem Gebiet erleben.
Lesen Sie jetzt:
- Das erste echte, hochauflösende, vom Benutzer konfigurierbare bionische Auge
- Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der bionischen Augen
- Das lasergestützte bionische Auge, das Blinden ein 576-Pixel-Graustufensehen ermöglicht