目の見えない人に視力を回復させる能力は、影響を受けた患者の人生への影響という点で、医学が達成できる最も深い治癒行為の一つであり、現代医学が達成するのが最も難しい行為の一つでもあります。 私たちが視力を回復できるシナリオは限られており、非常に特殊なシナリオで限られた視力を回復できる初期のバイオニックアイがいくつか市場に出回っています。 研究者たちは、バイオニック網膜を設計するための新しい実験の結果により、将来的にそれを変えるための劇的な一歩を踏み出したかもしれません。
問題の研究チームは、高密度ナノワイヤーで構築した半球状の網膜の構築について詳述した論文を Nature 誌に発表しています。 網膜の球形は、歴史的に、バイオミメティック デバイスの大きな課題でした。
光はレンズを通して目に入りますが、これは湾曲しています。つまり、網膜に当たる光はすでに湾曲されているということです。 平らなセンサーを使ってそれを捕らえる場合、画像をどれだけ集中させることができるかという本質的な限界があるのです。 これは、最先端のAIが役立ちそうなことですが、人間の眼球の奥で使える処理能力は限られており、視覚に必要なレイテンシはほとんどありません。 あるいは、半球の問題を解決することもできます。 香港科学技術大学の電子・コンピューター技師であるZhiyong Fan氏とその他の研究チームが行ったのは、これです。
彼らはまず、アルミホイルの半球から始めました（人がするように）。 電気化学的処理により、アルミホイルは酸化アルミニウムとして知られる絶縁体に変化し、そのサービス全体にナノスケールの孔がちりばめられるようになりました。 この高密度の孔が、網膜の機能を模倣したペロブスカイトナノワイヤの流路となったのである。 ペロブスカイトは、太陽電池の製造に使用されている。 ナノワイヤーが成長したら、研究者たちは人工レンズで目を覆い、私たちの眼球内の硝子体液を模倣してイオン液体で満たした。
このイオン液体は、ナノワイヤーが光を検知してその信号を外部の画像処理電子機器に伝達できるよう、プロセスにとって重要である。 私たち自身の水晶体の生物学的パラメータに制限されないので、800nmまでの光の波長に反応することができます。 人間の視力は740mm程度が限界で、それ以上の波長の色は黒く見えます。 もし800nmの光を見ることができれば、近赤外線帯（750～1400nmとされている）を見ていることになる。 光のパターンの処理時間は約19msで、人間の目の半分の時間です。 目の反応速度を 19ms にカットすると、人間の総反応時間を短縮できるかもしれません。また、人工眼の画像の鮮明度と全体の明瞭度は、Mark I Eyeball が生成した画像よりも優れていました。
注: フレームレートの性質および人間が特定のフレームレート閾値を超えて見ることができるかどうかについてのコメントとして読まないでください。 人間の目の測定された反応と回復時間は、40msから150msの範囲です。 人間の平均的な総反応時間は200msから250msの間です。 例外的な人はこれらの速度を超えることもあり、150ms の反応時間は未知のものではありません。
要するに、この人工網膜は複数の点で我々よりもよく見えており、私が知る限り、このようなものが作られたのはこれが初めてです。
The Long Road Ahead
Scientific American が詳述するように、このようなシステムを機能的なデバイスに統合するには、やるべきことがたくさんあります。 Second Sight (以前取り上げた会社。下記リンク) のようなシステムは、脳と直接統合します。 この人工網膜はそうではありません。 これは、現在の問題を克服できれば、いつの日かバイオニックアイに搭載されるかもしれない、概念実証の人工網膜です。 人間の視覚系は、概念的には同じような言葉で説明できるとしても、カメラではありません。 センサーが提供する機能から恩恵を受けるという考えは、暗黙のうちに、これらの利点が現れるのに十分なほどシームレスにセンサーを脳に接続できることを想定しています。 失明にはさまざまなタイプがあるため、あるタイプに有効なソリューションが別のタイプに有効とは限りません。 たとえ完璧な人工眼球であっても、すべての人に視力を回復させることはできません。
それでも、長期的な可能性は計り知れません。 最初のグレースケール、低解像度の人工センサーが市場に出てからまだ 10 年も経っていません。 今、私たちは、比喩を許してもらえるなら、もっともらしく優れたシステムを構築し、それをサーバーのバックエンドに接続する方法を見つけ出そうとしているところです。
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