Capacitatea de a reda vederea orbilor este unul dintre cele mai profunde acte de vindecare pe care le poate realiza medicina, în ceea ce privește impactul asupra vieții pacientului afectat – și unul dintre cele mai dificil de realizat pentru medicina modernă. Putem restabili vederea într-un număr limitat de scenarii și există pe piață câțiva ochi bionici timpurii care pot restabili vederea limitată în scenarii foarte specifice. Este posibil ca cercetătorii să fi făcut un pas spectaculos pentru a schimba acest lucru în viitor, cu rezultatele unui nou experiment de proiectare a unei retină bionică.
Echipa de cercetare în cauză a publicat o lucrare în Nature care detaliază construcția unei retină emisferică construită din nanofire de înaltă densitate. Forma sferică a retinei a reprezentat, din punct de vedere istoric, o provocare majoră pentru dispozitivele biomimetice.
Lumina intră în ochi prin cristalin, care este curbat – ceea ce înseamnă că lumina care atinge retina a fost deja curbată. Atunci când folosiți un senzor plat pentru a o capta, există o limită intrinsecă la cât de mult poate fi focalizată imaginea. Acest lucru pare a fi genul de lucru la care inteligența artificială de ultimă generație ar putea fi capabilă să ajute, dar cantitatea de putere de procesare disponibilă în partea din spate a globului ocular uman este limitată, iar cerința de latență pentru viziune este aproape nulă. Alternativ, am putea rezolva problema emisferei. Asta este ceea ce au făcut Zhiyong Fan, inginer electronist și informatician la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong, și restul echipei de cercetare.
Au început cu o emisferă din folie de aluminiu (așa cum se face). Tratamentul electrochimic a transformat folia într-un izolator cunoscut sub numele de oxid de aluminiu și a lăsat-o împânzită de pori la scară nanometrică de-a lungul serviciului său. Aceste găuri dens grupate au devenit canalele pentru nanofirele de perovskită care imită funcția retinei însăși. Perovskitul este utilizat la fabricarea celulelor solare. Odată ce nanofirele au crescut, cercetătorii au acoperit ochiul cu o lentilă artificială și l-au umplut cu un lichid ionic pentru a imita umorul vitros din propriul nostru glob ocular.
Acest lichid ionic este important pentru proces, permițând nanofirelor să detecteze lumina și să transmită semnalele acesteia către electronica externă, de procesare a imaginii.
Performanța ochiului artificial este impresionantă. Deoarece nu este limitat de parametrii biologici ai propriului nostru cristalin, acesta poate răspunde la lungimi de undă de lumină de până la 800nm. Gama vizuală umană atinge maximul în jurul valorii de 740mm; culorile care depășesc această lungime de undă ne apar negre. Dacă am putea vedea la 800 nm, am vedea în banda de infraroșu apropiat (considerată a fi 750 – 1400 nm). Timpul de procesare a modelelor de lumină este de ~19ms, adică jumătate din timpul ochiului uman. Reducerea vitezei de reacție a ochiului la 19ms ar putea reduce timpul total de reacție al omului – iar ascuțirea imaginii și claritatea generală a ochiului artificial au fost mai bune decât cele produse de globul ocular Mark I.
Nota: Nu citiți acest lucru ca pe un comentariu despre natura ratelor de cadre și dacă oamenii pot vedea peste un anumit prag de cadre. Timpii de răspuns și de recuperare măsurați pe ochiul uman variază între 40ms și 150ms. Timpul total mediu de reacție umană se situează între 200ms și 250ms. Indivizii excepționali depășesc uneori aceste viteze; timpii de reacție de 150ms nu sunt necunoscuți.
În concluzie, această retină artificială vede mai bine decât noi în mai multe privințe și, din câte știu eu, este prima dată când se construiește ceva asemănător. Noua retină nu are nici măcar un unghi mort.
The Long Road Ahead
După cum detaliază Scientific American, mai este mult de lucru înainte ca un sistem ca acesta să poată fi integrat într-un dispozitiv funcțional. Sisteme precum Second Sight (o companie despre care am mai vorbit, cu link mai jos) se integrează direct cu creierul. Această retină artificială nu o face. Este o dovadă de concept de retină artificială care ar putea fi implementată într-o zi într-un ochi bionic, cu condiția ca problemele actuale să poată fi depășite.
Depășirea acestor probleme va fi dificilă. Sistemul vizual uman nu este o cameră, chiar dacă poate fi descris conceptual în termeni similari. Ideea că am beneficia de funcțiile pe care le oferă senzorul presupune implicit că îl putem conecta la creier suficient de perfect pentru a permite ca aceste beneficii să se manifeste. Deoarece există diferite forme de orbire, este posibil ca soluțiile care funcționează pentru un tip să nu funcționeze pentru altul. Orbirea cauzată de leziuni cerebrale ar fi puțin probabil să fie ajutată de acest tip de soluție – chiar și un ochi artificial fără cusur nu ne va permite să redăm vederea fiecărei persoane.
Cu toate acestea, potențialul pe termen lung aici este imens. A trecut mai puțin de un deceniu de când au apărut pe piață primii senzori artificiali cu scară de gri și rezoluție redusă. Acum încercăm să ne dăm seama cum să construim un sistem plauzibil de superior și să îl conectăm la backend-ul serverului, dacă îmi scuzați metafora. Să sperăm că vom asista la noi progrese în domeniu în următorul deceniu.
Acum citiți:
- Primul ochi bionic real, de înaltă rezoluție, configurabil de către utilizator
- Pasatul, prezentul și viitorul ochilor bionici
- Ochiul bionic alimentat cu laser care oferă orbilor o vedere în scară de gri de 576 pixeli
.