Możliwość przywrócenia wzroku niewidomym jest jednym z najgłębszych aktów uzdrawiania, jakie medycyna może osiągnąć, jeśli chodzi o wpływ na życie dotkniętego nimi pacjenta – i jednym z najtrudniejszych do osiągnięcia przez współczesną medycynę. Możemy przywrócić wzrok w ograniczonej liczbie scenariuszy, a na rynku dostępne są wczesne bioniczne oczy, które mogą przywrócić ograniczone widzenie w bardzo konkretnych scenariuszach. Naukowcy mogli podjąć dramatyczny krok w kierunku zmiany tego w przyszłości, dzięki wynikom nowego eksperymentu mającego na celu zaprojektowanie bionicznej siatkówki.
Zespół badawczy, o którym mowa, opublikował w Nature pracę szczegółowo opisującą budowę półkulistej siatkówki zbudowanej z nanowirów o dużej gęstości. Sferyczny kształt siatkówki był historycznie głównym wyzwaniem dla urządzeń biomimetycznych.
Światło wchodzi do oka przez soczewkę, która jest zakrzywiona – co oznacza, że światło, które trafia na siatkówkę już zostało zakrzywione. Kiedy używasz płaskiego czujnika, aby go uchwycić, istnieje nieodłączny limit tego, jak bardzo obraz może być skupiony. Wygląda to na coś, w czym może pomóc najnowocześniejsza sztuczna inteligencja, ale ilość mocy obliczeniowej dostępnej z tyłu ludzkiej gałki ocznej jest ograniczona, a wymaganie opóźnienia w widzeniu jest praktycznie zerowe. Alternatywnie, moglibyśmy rozwiązać problem półkul mózgowych. To jest to, co Zhiyong Fan, elektronik i inżynier komputerowy na Hong Kong University of Science and Technology, a reszta zespołu badawczego did.
Zaczęli od półkuli z folii aluminiowej (jak to się robi). Elektrochemiczne leczenie przekształcony folii do izolatora znanego jako tlenek glinu, i zostawił go studded z nanoskalowych porów w całej jego usługi. Te gęsto skupione otwory stały się kanałami dla nanowirów perowskitu, które naśladują funkcję samej siatkówki. Perowskit jest wykorzystywany do produkcji ogniw słonecznych. Gdy nanodruty urosły, badacze zamknęli oko sztuczną soczewką i wypełnili je cieczą jonową, aby naśladować szklistą ciecz w naszej własnej gałce ocznej.
Ta ciecz jonowa jest ważna w procesie, pozwalając nanodrutom wykrywać światło i przekazywać sygnały do zewnętrznej elektroniki przetwarzającej obraz.
Wydajność sztucznego oka jest imponująca. Ponieważ nie jest ono ograniczone biologicznymi parametrami naszej własnej soczewki, może reagować na fale światła o długości do 800nm. Ludzki zakres widzenia kończy się około 740mm; kolory powyżej tej długości fali wydają się nam czarne. Gdybyśmy mogli widzieć przy 800nm, widzielibyśmy w paśmie bliskiej podczerwieni (uważanym za 750 – 1400nm). Czas przetwarzania wzorców świetlnych wynosi ~19ms, czyli połowę czasu ludzkiego oka. Obcięcie szybkości reakcji oka do 19ms może zmniejszyć całkowity czas reakcji człowieka – a wyostrzanie obrazu przez sztuczne oko i ogólna przejrzystość były lepsze niż te produkowane przez Mark I Eyeball.
Uwaga: Nie czytaj tego jako komentarza na temat natury liczby klatek na sekundę i tego, czy ludzie mogą widzieć powyżej określonego progu liczby klatek na sekundę. Zmierzone czasy reakcji i powrotu do normalnego stanu na ludzkim oku wahają się od 40ms do 150ms. Średni całkowity czas reakcji człowieka wynosi między 200ms a 250ms. Wyjątkowe jednostki czasami przekraczają te prędkości; czasy reakcji 150ms nie są nieznane.
W skrócie, ta sztuczna siatkówka widzi lepiej niż my w wielu aspektach, i o ile mi wiadomo, jest to pierwszy raz, kiedy coś takiego zostało zbudowane. Nowa siatkówka nie posiada nawet martwego pola.
Długa droga przed nami
Jak podaje Scientific American, jest jeszcze wiele do zrobienia zanim system taki jak ten zostanie zintegrowany z funkcjonalnym urządzeniem. Systemy takie jak Second Sight (firma, którą już wcześniej opisywaliśmy, link poniżej) integrują się bezpośrednio z mózgiem. Ta sztuczna siatkówka tego nie robi. Jest to dowód koncepcji sztucznej siatkówki, która pewnego dnia może zostać wdrożona w bionicznym oku, pod warunkiem, że obecne problemy mogą zostać przezwyciężone.
Przezwyciężenie tych problemów będzie trudne. Ludzki system wizualny nie jest kamerą, nawet jeśli można go opisać w podobnych kategoriach. Pomysł, że moglibyśmy skorzystać z funkcji, które oferuje czujnik, zakłada, że możemy połączyć go z mózgiem wystarczająco płynnie, aby umożliwić manifestację tych korzyści. Ponieważ istnieją różne formy ślepoty, rozwiązania, które sprawdzają się w przypadku jednego typu, mogą nie działać w przypadku innego. Ślepota spowodowana uszkodzeniem mózgu raczej nie będzie wspomagana przez tego rodzaju rozwiązanie – nawet bezbłędne sztuczne oko nie pozwoli nam przywrócić wzroku każdej osobie.
Jednakże, długoterminowy potencjał jest tu ogromny. Minęła mniej niż dekada, odkąd pierwsze sztuczne czujniki o niskiej rozdzielczości i skali szarości pojawiły się na rynku. Teraz próbujemy dowiedzieć się, jak zbudować prawdopodobnie lepszy system i podłączyć go do zaplecza serwera, jeśli wybaczycie metaforę. Miejmy nadzieję, że w ciągu następnej dekady zobaczymy dalsze postępy w tej dziedzinie.
Teraz czytaj:
- Pierwsze prawdziwe, wysokiej rozdzielczości, konfigurowalne przez użytkownika bioniczne oko
- Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość bionicznych oczu
- Bioniczne oko zasilane laserem, które daje niewidomym widzenie w skali szarości o rozdzielczości 576 pikseli
.