Förmågan att återställa synen hos blinda är en av de mest djupgående helande handlingar som medicinen kan åstadkomma, när det gäller effekten på den drabbade patientens liv – och en av de svåraste för den moderna medicinen att uppnå. Vi kan återställa synen i ett begränsat antal scenarier och det finns några tidiga bioniska ögon på marknaden som kan återställa begränsad syn i mycket specifika scenarier. Forskare kan ha tagit ett dramatiskt steg mot att ändra detta i framtiden, med resultaten av ett nytt experiment för att konstruera en bionisk näthinna.
Forskarlaget i fråga har publicerat en artikel i Nature som beskriver konstruktionen av en halvsfärisk näthinna byggd av nanotrådar med hög densitet. Näthinnans sfäriska form har historiskt sett varit en stor utmaning för biomimetiska anordningar.
Ljuset kommer in i ögat genom linsen, som är böjd – vilket innebär att det ljus som träffar näthinnan redan har böjts. När man använder en platt sensor för att fånga det finns det en inneboende gräns för hur mycket bilden kan fokuseras. Detta verkar vara något som avancerad artificiell intelligens skulle kunna hjälpa till med, men den mängd processorkraft som finns tillgänglig på baksidan av en mänsklig ögonglob är begränsad och kravet på latenstid för synen är i stort sett obefintligt. Alternativt skulle vi kunna lösa hemisfärproblemet. Det är vad Zhiyong Fan, elektronik- och dataingenjör vid Hong Kong University of Science and Technology, och resten av forskargruppen gjorde.
De började med en halvklot av aluminiumfolie (som man gör). Elektrokemisk behandling förvandlade folien till en isolator som kallas aluminiumoxid, och lämnade den översållad med porer i nanostorlek över hela dess yta. Dessa tätt samlade hål blev kanalerna för de perovskitnanotrådar som efterliknar funktionen hos själva näthinnan. Perovskit används vid tillverkning av solceller. När nanotråden växte, täckte forskarna ögat med en konstgjord lins och fyllde det med en jonisk vätska för att efterlikna glaskroppen i vår egen ögonglob.
Denna joniska vätska är viktig för processen, eftersom den gör det möjligt för nanotråden att detektera ljus och överföra dess signaler till extern, bildbehandlande elektronik.
Det konstgjorda ögats prestanda är imponerande. Eftersom det inte begränsas av de biologiska parametrarna hos vår egen lins kan det reagera på våglängder av ljus upp till 800 nm. Människans synfält når sin topp runt 740 mm; färger över denna våglängd framstår som svarta för oss. Om vi kunde se vid 800 nm skulle vi se in i det nära infraröda bandet (som anses vara 750 – 1400 nm). Behandlingstiden för ljusmönster är ~19 ms, eller halva tiden för det mänskliga ögat. Att minska ögats reaktionshastighet till 19 ms kan minska den totala mänskliga reaktionstiden – och det artificiella ögats bildskärpa och övergripande klarhet var bättre än de som producerades av Mark I Eyeball.
Notera: Läs inte detta som en kommentar om karaktären av bildfrekvenser och om människor kan se över en viss tröskel för bildfrekvenser. Uppmätta svars- och återhämtningstider på det mänskliga ögat sträcker sig från 40 ms till 150 ms. Genomsnittlig total mänsklig reaktionstid är mellan 200 ms och 250 ms. Exceptionella individer överskrider ibland dessa hastigheter; reaktionstider på 150 ms är inte okända.
Kort sagt, denna konstgjorda näthinna ser bättre än vad vi gör i flera avseenden, och såvitt jag vet är det första gången något liknande har byggts. Den nya näthinnan saknar till och med en blind fläck.
Den långa vägen framåt
Som Scientific American beskriver finns det mycket arbete att göra innan ett system som detta kan integreras i en fungerande apparat. System som Second Sight (ett företag som vi har behandlat tidigare, länkat nedan) integreras direkt med hjärnan. Det gör inte den här konstgjorda näthinnan. Det är en proof-of-concept artificiell näthinna som en dag kan komma att användas i ett bioniskt öga, förutsatt att nuvarande problem kan övervinnas.
Det kommer att bli svårt att övervinna dessa problem. Det mänskliga visuella systemet är inte en kamera, även om det konceptuellt kan beskrivas i liknande termer. Idén att vi skulle dra nytta av de funktioner som sensorn erbjuder förutsätter implicit att vi kan ansluta den till hjärnan tillräckligt sömlöst för att dessa fördelar ska kunna manifesteras. Eftersom det finns olika former av blindhet kanske lösningar som fungerar för en typ inte fungerar för en annan. Blindhet som orsakas av en hjärnskada skulle sannolikt inte kunna hjälpas av den här typen av lösning – inte ens ett felfri artificiellt öga kommer att göra det möjligt för oss att återställa synen för varje enskild person.
Tillbaka är ändå den långsiktiga potentialen här enorm. Det har gått mindre än ett decennium sedan de första konstgjorda sensorerna i gråskala med låg upplösning kom ut på marknaden. Nu försöker vi ta reda på hur vi ska bygga ett rimligt överlägset system och koppla det till serverns baksida, om ni ursäktar metaforen. Förhoppningsvis kommer vi att se ytterligare framsteg på området under det kommande decenniet.
Nu kan du läsa:
- Det första riktiga, högupplösta, användarkonfigurerbara bioniska ögat
- Bioniska ögons förflutna, nutid och framtid
- Det laserdrivna bioniska ögat som ger blinda syn i gråskala med 576 pixlar
.