Kyky palauttaa näkö sokealle on yksi syvällisimmistä parantamisen teoista, joita lääketiede voi saada aikaan, mitä tulee vaikutukseen sairastuneen potilaan elämään – ja yksi vaikeimmista, mitä nykyaikainen lääketiede voi saavuttaa. Voimme palauttaa näön rajoitetussa määrässä tilanteita, ja markkinoilla on joitakin varhaisia bionisia silmiä, jotka voivat palauttaa rajoitetun näön hyvin erityisissä tilanteissa. Tutkijat ovat saattaneet ottaa dramaattisen askeleen kohti tämän muuttamista tulevaisuudessa, kun he ovat saaneet tuloksia uudesta kokeesta, jossa suunniteltiin bionista verkkokalvoa.
Tutkijaryhmä on julkaissut Nature-lehdessä artikkelin, jossa kerrotaan yksityiskohtaisesti korkean tiheyden nanolangoista rakennetun puolipallon muotoisen verkkokalvon rakentamisesta. Verkkokalvon pallomainen muoto on historiallisesti ollut suuri haaste biomimeettisille laitteille.
Valo tulee silmään linssin kautta, joka on kaareva – mikä tarkoittaa, että verkkokalvolle osuva valo on jo valmiiksi kaareva. Kun sen kaappaamiseen käytetään litteää kennoa, on olemassa luontainen raja sille, kuinka paljon kuvaa voidaan tarkentaa. Tämä vaikuttaa siltä, että huippuluokan tekoäly voisi auttaa tässä asiassa, mutta ihmisen silmämunan takaosassa käytettävissä olevan prosessointitehon määrä on rajallinen, ja näkemisen edellyttämä viive on lähes olematon. Vaihtoehtoisesti voisimme ratkaista pallonpuolisko-ongelman. Näin tekivät Hongkongin tiede- ja teknologiayliopiston elektroniikka- ja tietotekniikkainsinööri Zhiyong Fan ja muu tutkimusryhmä.
He aloittivat alumiinifoliosta tehdystä puolipallosta (kuten aina tehdään). Sähkökemiallinen käsittely muutti folion alumiinioksidiksi kutsutuksi eristeeksi, ja jätti siihen nanokokoisia huokosia pitkin palvelua. Näistä tiheään kerrostuneista rei’istä tuli kanavia perovskiitti-nanodrimoille, jotka jäljittelevät verkkokalvon toimintaa. Perovskiittia käytetään aurinkokennojen valmistuksessa. Kun nanodrimat olivat kasvaneet, tutkijat päällystivät silmän keinotekoisella linssillä ja täyttivät sen ionisella nesteellä jäljitelläkseen oman silmämunamme lasiaisnestettä.
Tämä ioninen neste on prosessin kannalta tärkeä, sillä sen avulla nanodrimat pystyvät havaitsemaan valon ja lähettämään sen signaalit ulkoiseen, kuvankäsittelyelektroniikkaan.
Tekosilmän suorituskyky on vaikuttava. Koska sitä eivät rajoita oman linssimme biologiset parametrit, se voi reagoida valon aallonpituuksiin 800 nm:iin asti. Ihmisen näköalue on korkeimmillaan noin 740mm; tämän aallonpituuden yläpuolella olevat värit näyttävät meille mustilta. Jos voisimme nähdä 800 nm:n säteellä, näkisimme lähi-infrapuna-alueelle (750-1400 nm). Valokuvioiden käsittelyaika on ~19 ms eli puolet ihmissilmän käsittelyajasta. Silmän reaktionopeuden leikkaaminen 19ms:iin saattaisi lyhentää ihmisen kokonaisreaktioaikaa – ja keinotekoisen silmän kuvan terävöityminen ja yleinen selkeys olivat parempia kuin Mark I -silmämunan tuottamat.
Huomautus: Älä lue tätä kommenttina kuvataajuuden luonteesta ja siitä, pystyykö ihminen näkemään tietyn kuvataajuusrajan yläpuolella. Ihmissilmän mitatut vaste- ja palautumisajat vaihtelevat 40ms ja 150ms välillä. Ihmisen keskimääräinen kokonaisreaktioaika on 200ms ja 250ms välillä. Poikkeukselliset yksilöt ylittävät joskus nämä nopeudet; 150 ms:n reaktioajat eivät ole tuntemattomia.
Lyhyesti sanottuna, tämä keinotekoinen verkkokalvo näkee monessa suhteessa paremmin kuin me, ja tietääkseni tämä on ensimmäinen kerta, kun jotain vastaavaa on rakennettu. Uudesta verkkokalvosta puuttuu jopa sokea piste.
Pitkä tie edessä
Kuten Scientific Americanissa kerrotaan yksityiskohtaisesti, on vielä paljon työtä tehtävänä, ennen kuin tällainen järjestelmä voidaan integroida toimivaan laitteeseen. Second Sightin kaltaiset järjestelmät (yritys, jota olemme käsitelleet aiemmin, linkki alla) integroituvat suoraan aivoihin. Tämä keinotekoinen verkkokalvo ei sitä tee. Kyseessä on proof-of-concept-verkkokalvo, jota saatetaan jonain päivänä käyttää bionisessa silmässä, mikäli nykyiset ongelmat saadaan ratkaistua.
Ongelmien ratkaiseminen tulee olemaan vaikeaa. Ihmisen näköjärjestelmä ei ole kamera, vaikka sitä voidaankin käsitteellisesti kuvata samanlaisin termein. Ajatus siitä, että hyötyisimme sensorin tarjoamista ominaisuuksista, olettaa implisiittisesti, että pystymme yhdistämään sen aivoihin riittävän saumattomasti, jotta nämä hyödyt ilmenisivät. Koska sokeuden muotoja on erilaisia, ratkaisut, jotka toimivat yhden tyypin kohdalla, eivät välttämättä toimi toisen tyypin kohdalla. Aivovaurion aiheuttamaa sokeutta tuskin auttaisi tällainen ratkaisu – edes virheettömän tekosilmän avulla emme pysty palauttamaan näköä jokaiselle ihmiselle.
Pitkän aikavälin potentiaali on kuitenkin valtava. On kulunut alle kymmenen vuotta siitä, kun ensimmäiset harmaasävyiset, matalaresoluutioiset keinotekoiset sensorit tulivat markkinoille. Nyt yritämme keksiä, miten rakentaa uskottavasti ylivertainen järjestelmä ja yhdistää se palvelimen taustajärjestelmään, jos sallitte metaforan. Toivottavasti näemme lisää edistystä alalla seuraavan vuosikymmenen aikana.
Now Read:
- Ensimmäinen todellinen, korkearesoluutioinen, käyttäjän konfiguroitavissa oleva bioninen silmä
- Bionisten silmien menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus
- Laserkäyttöinen bioninen silmä, joka antaa 576 pikselin harmaasävyisen näön sokeille