La capacità di restituire la vista ai ciechi è uno dei più profondi atti di guarigione che la medicina può raggiungere, in termini di impatto sulla vita del paziente colpito – e uno dei più difficili da raggiungere per la medicina moderna. Possiamo ripristinare la vista in un numero limitato di scenari e ci sono alcuni primi occhi bionici sul mercato che possono ripristinare una visione limitata in scenari molto specifici. I ricercatori potrebbero aver fatto un passo drammatico verso il cambiamento in futuro, con i risultati di un nuovo esperimento per progettare una retina bionica.
Il team di ricerca in questione ha pubblicato un documento su Nature che dettaglia la costruzione di una retina emisferica costruita con nanofili ad alta densità. La forma sferica della retina è stata storicamente una grande sfida per i dispositivi biomimetici.
La luce entra nell’occhio attraverso la lente, che è curva – il che significa che la luce che colpisce la retina è già stata curvata. Quando si usa un sensore piatto per catturarla, c’è un limite intrinseco a quanto l’immagine può essere focalizzata. Questo sembra il tipo di cosa che l’IA all’avanguardia potrebbe aiutare, ma la quantità di potenza di elaborazione disponibile sul retro del bulbo oculare umano è limitata e il requisito di latenza per la visione è praticamente nullo. In alternativa, potremmo risolvere il problema degli emisferi. Questo è quello che ha fatto Zhiyong Fan, un ingegnere elettronico e informatico dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong, e il resto del team di ricerca.
Hanno iniziato con una semisfera di foglio di alluminio (come si fa). Il trattamento elettrochimico ha trasformato la lamina in un isolante noto come ossido di alluminio, e l’ha lasciata costellata di pori su scala nanometrica attraverso il suo servizio. Questi fori densamente raggruppati sono diventati i canali per i nanofili di perovskite che imitano la funzione della retina stessa. La perovskite è usata nella fabbricazione di celle solari. Una volta che i nanofili sono cresciuti, i ricercatori hanno ricoperto l’occhio con una lente artificiale e l’hanno riempito con un liquido ionico per imitare l’umore vitreo nel nostro bulbo oculare.
Questo liquido ionico è importante per il processo, permettendo ai nanofili di rilevare la luce e trasmettere i suoi segnali all’elettronica esterna di elaborazione delle immagini.
La performance dell’occhio artificiale è impressionante. Poiché non è limitato dai parametri biologici della nostra lente, può rispondere a lunghezze d’onda della luce fino a 800nm. La gamma visiva umana raggiunge il massimo intorno ai 740 mm; i colori al di sopra di questa lunghezza d’onda ci appaiono neri. Se potessimo vedere a 800nm, vedremmo nella banda del vicino infrarosso (considerata 750 – 1400nm). Il tempo di elaborazione dei modelli di luce è di ~19ms, o la metà del tempo dell’occhio umano. Tagliare la velocità di reazione dell’occhio a 19ms potrebbe ridurre il tempo di reazione umano totale – e la nitidezza dell’immagine dell’occhio artificiale e la chiarezza generale erano migliori di quelle prodotte dal Mark I Eyeball.
Nota: Non leggere questo come un commento sulla natura dei frame rate e se gli umani possono vedere sopra una particolare soglia di frame rate. I tempi di risposta e di recupero misurati sull’occhio umano vanno da 40ms a 150ms. Il tempo di reazione umano totale medio è tra 200ms e 250ms. Individui eccezionali a volte superano queste velocità; tempi di reazione di 150ms non sono sconosciuti.
In breve, questa retina artificiale vede meglio di noi sotto molteplici aspetti, e per quanto ne so, questa è la prima volta che qualcosa di simile è stato costruito. La nuova retina manca persino di un punto cieco.
La lunga strada da percorrere
Come dice Scientific American, c’è molto lavoro da fare prima che un sistema come questo possa essere integrato in un dispositivo funzionale. Sistemi come Second Sight (un’azienda di cui abbiamo già parlato, collegata qui sotto) si integrano direttamente con il cervello. Questa retina artificiale non lo fa. Si tratta di una retina artificiale di prova che un giorno potrebbe essere impiegata in un occhio bionico, sempre che i problemi attuali possano essere superati.
Superare questi problemi sarà difficile. Il sistema visivo umano non è una macchina fotografica, anche se può essere concettualmente descritto in termini simili. L’idea che beneficeremmo delle caratteristiche offerte dal sensore presuppone implicitamente che possiamo collegarlo al cervello in modo abbastanza fluido da permettere a questi benefici di manifestarsi. Poiché ci sono diverse forme di cecità, le soluzioni che funzionano per un tipo potrebbero non funzionare per un altro. È improbabile che la cecità causata da danni cerebrali possa essere aiutata da questo tipo di soluzione – anche un occhio artificiale impeccabile non ci permetterà di restituire la vista a ogni singola persona.
Ancora, il potenziale a lungo termine qui è enorme. È passato meno di un decennio da quando i primi sensori artificiali in scala di grigi e a bassa risoluzione sono arrivati sul mercato. Ora stiamo cercando di capire come costruire un sistema plausibilmente superiore e collegarlo al backend del server, se mi perdonate la metafora. Speriamo di vedere ulteriori progressi nel campo nel prossimo decennio.
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