A vakok látásának helyreállítása az egyik legmélyebb gyógyító cselekedet, amit az orvostudomány elérhet, az érintett beteg életére gyakorolt hatása szempontjából – és az egyik legnehezebben elérhető a modern orvostudomány számára. A látást korlátozott számú esetben tudjuk helyreállítani, és van néhány korai bionikus szem a piacon, amely nagyon speciális esetekben képes helyreállítani a korlátozott látást. A kutatók talán drámai lépést tettek afelé, hogy ez a jövőben megváltozzon, egy új kísérlet eredményeivel, amelynek célja egy bionikus retina megtervezése volt.
A szóban forgó kutatócsoport a Nature folyóiratban publikálta a nagy sűrűségű nanodrótokból felépített félgömb alakú retina megépítésének részleteit. A retina gömb alakja történelmileg nagy kihívást jelentett a biomimetikus eszközök számára.
A fény a szembe a lencsén keresztül jut be, amely görbült – ami azt jelenti, hogy a retinára érkező fény már eleve görbült. Ha egy lapos érzékelőt használunk a rögzítéséhez, akkor van egy belső korlátja annak, hogy a képet mennyire lehet fókuszálni. Ez olyan dolognak tűnik, amiben a legmodernebb mesterséges intelligencia segíthet, de az emberi szemgolyó hátsó részén rendelkezésre álló feldolgozási teljesítmény korlátozott, és a látás késleltetési igénye nagyjából nulla. Alternatív megoldásként megoldhatnánk a félteke-problémát. Ezt tette Zhiyong Fan, a Hongkongi Tudományos és Technológiai Egyetem elektronikai és számítástechnikai mérnöke és a kutatócsoport többi tagja.
Egy alumíniumfóliából készült félgömbbel kezdték (ahogy az ember szokta). Elektrokémiai kezeléssel a fóliát alumínium-oxid néven ismert szigetelővé alakították át, és nanoszintű pórusokkal tarkítva hagyták az egész kiszolgálását. Ezek a sűrűn elhelyezkedő lyukak lettek a csatornák a perovszkit nanodrótok számára, amelyek magának a retinának a működését utánozzák. A perovszkitot napelemek gyártásánál használják. Miután a nanodrótok megnőttek, a kutatók egy mesterséges lencsével fedték le a szemet, és egy ionos folyadékkal töltötték fel, hogy utánozzák a saját szemgolyónkban lévő üvegtestet.
Ez az ionos folyadék fontos a folyamat szempontjából, lehetővé teszi a nanodrótok számára a fény érzékelését és a jelek továbbítását a külső, képfeldolgozó elektronikához.
A mesterséges szem teljesítménye lenyűgöző. Mivel nem korlátozzák a saját szemlencsénk biológiai paraméterei, akár 800 nm hullámhosszú fényre is képes reagálni. Az emberi látótávolság 740mm körül tetőzik; az ezen hullámhossz feletti színek számunkra feketének tűnnek. Ha 800 nm-en tudnánk látni, akkor a közeli infravörös sávba látnánk (amit 750-1400 nm-nek tekintünk). A fényminták feldolgozási ideje ~19ms, vagyis az emberi szem idejének fele. A szem reakciósebességének 19ms-ra csökkentése csökkentheti a teljes emberi reakcióidőt – és a mesterséges szem képélesítése és általános tisztasága jobb volt, mint a Mark I szemgolyó által előállított képeké.
Megjegyzés: Ezt ne úgy olvasd, mint egy megjegyzést a képkockasebesség természetéről és arról, hogy az ember képes-e látni egy bizonyos képkockasebesség küszöbérték felett. Az emberi szemen mért válasz- és helyreállítási idők 40 ms és 150 ms között mozognak. Az átlagos teljes emberi reakcióidő 200ms és 250ms között van. Kivételes egyének néha túllépik ezeket a sebességeket; a 150 ms-os reakcióidő nem ismeretlen.
Röviden, ez a mesterséges retina több szempontból is jobban lát, mint mi, és amennyire én tudom, ez az első alkalom, hogy ilyesmit építettek. Az új retinából még a vakfolt is hiányzik.
A hosszú út előttünk
Amint azt a Scientific American részletezi, még sok munka van hátra, mire egy ilyen rendszert működőképes eszközbe lehetne integrálni. Az olyan rendszerek, mint a Second Sight (egy cég, amelyről már korábban beszámoltunk, lásd alább) közvetlenül az agyba integrálódnak. Ez a mesterséges retina nem. Ez egy proof-of-concept mesterséges retina, amelyet egy nap talán be lehet építeni egy bionikus szembe, feltéve, hogy a jelenlegi problémákat sikerül leküzdeni.
A problémák leküzdése nehéz lesz. Az emberi látórendszer nem egy kamera, még akkor sem, ha fogalmilag hasonlóan leírható. Az elképzelés, hogy hasznot húznánk az érzékelő által kínált funkciókból, implicit módon feltételezi, hogy elég zökkenőmentesen tudjuk összekapcsolni az agyunkkal ahhoz, hogy ezek az előnyök megnyilvánulhassanak. Mivel a vakságnak különböző formái vannak, az egyik típusnál működő megoldások nem biztos, hogy működnek egy másik típusnál. Az agykárosodás okozta vakságon valószínűleg nem segítene egy ilyen megoldás – még egy hibátlan mesterséges szemmel sem tudnánk minden egyes ember látását helyreállítani.
Mégis, a hosszú távú lehetőségek óriásiak. Kevesebb mint egy évtized telt el azóta, hogy az első szürkeárnyalatos, alacsony felbontású mesterséges érzékelők piacra kerültek. Most próbáljuk kitalálni, hogyan építsünk egy hihetően jobb rendszert, és hogyan csatlakoztassuk a szerver backendhez, ha megbocsátod a metaforát. Remélhetőleg a következő évtizedben további előrelépéseket fogunk látni ezen a területen.
Most olvassa:
- Az első valódi, nagy felbontású, felhasználó által konfigurálható bionikus szem
- A bionikus szemek múltja, jelene és jövője
- A lézerrel működő bionikus szem, amely 576 pixeles szürkeárnyalatos látást biztosít a vakoknak
.