Зоровий нейропротез також відомий як біонічне око — це дослідний зоровий пристрій, призначений для відновлення спроможності бачити тим, хто потерпає від повної або часткової сліпоти.

Було розроблено багато пристроїв із застосуванням технологій кохлеарних імплантатів і нейропротезування. Ідеї використання електричного струму (наприклад, електростимуляція сітківки) для відновлення зору сягають XVII століття. Їх обговорювали Бенджамін Франклін, Тіберіус Кавалло і Шарль Лерой.

Біологічні міркування Можливість дати сліпій людині мати зір за допомогою біонічного ока, залежить від обставин, за яких виникла втрата зору. Протез сітківки є найбільш поширеним зоровим протезом. Для цього протеза найкраще підходять пацієнти з втратою зору через дегенерації фоторецепторів. Шанси на успіх збільшуються, якщо зоровий нерв пацієнта був розвинений до появи сліпоти. Люди з вродженою сліпотою, можуть не мати повністю розвиненого зорового нерва. Хоча нейропластичність дозволяє нерву розвиватися після установки імплантату.

Технологічні міркування Зорове протезування розробляється як потенційно цінна допомога для людей з деградацією зору. Argus II, розроблений спільно з Університетом Південної Каліфорнії (USC) і вироблений Second Sight Medical Products Inc., в даний час є єдиним подібним пристроєм, який отримав маркетингове схвалення (знак CE в 2011 році).USC Eye Institute ophthalmologists implant first FDA-approved Argus II retinal prosthesis in western United States | Reuters Більшість інших проєктів перебувають у стадії розробляння.

Поточні проєкти Марк Хумаюн, Юджин Дежуан, Говард Д. Філліпс, Вентай Хмелю і Роберт і були першими винахідниками активного зорового протезу. Вони довели працездатність їх концепції під час досліджень з пацієнтами у Університеті Джона Хопкинса. Наприкінці 1990-х Грінберг разом з підприємцем з виробництва медичного обладнання заснував компанію Second Sight. Їх імплантат першого покоління мав 16 електродів і використовувався у Університеті Південний Каліфорнії у період з 2002 по 2004 рік.2007 року, компанія почала іспит його 60-електродного імплантату другого покоління, котрий отримав назву Argus II. В іспитах брало участь 30 людей з 4 країн. Навесні 2011 року, на основі результатів клінічного дослідження, котрі були оприлюднені 2012 рокуShop and Discover over 51,000 Books and Journals — Elsevier, Argus II був схвалений для комерційного використання у Європі, і Second Sight запустив продукт у виробництво. У США Argus II був сертифікований 14 лютого 2013 року. Національний інститут ока, Міністерство енергетики і Національний науковий фонд підтримали розробку Second Sight.

Зоровий нейропротез на основі мікросистем (MIVP) Клодом Вераарт з Університету Лувена розробив протез, котрий являє собою електрод із спіральною манжетою навколо зорового нерву у задній частини ока. За задумом стимулятор повинен отримувати відеосигнали від зовнішньої камери, які перетворюються на електричні сигнали і напряму збуджувати зоровий нерв.

Імплантований мініатюрний телескоп Імплантований мініатюрний телескоп, хоча він і не є активним протезом, виступає у ролі одного з видів очних імплантатів, котрі можуть використовуватися у лікуванні макулодистрофії на її останніх стадіях.A prospective multicenter clinical trial to evaluate the safety and effectiveness of the implantable miniature telescope — American Journal of OphthalmologyVisual prosthetic device for bilateral end-stage macular degeneration: Expert Review of Medical Devices: Vol 2, No 6 Пристрій такого типу імплантується у око, збільшуючи (приблизно утричі) розмір зображення, що проєктується на сітківку.

Прикладом є телескоп, створений VisionCare Ophthalmic Technologies. Він розміром з горошину та імплантується поза райдужкою ока. Зображення проєктується на здорові ділянки центральної сітківки, за межами дегенерованої макули і збільшується, щоби зменшити вплив сліпої плями на зір. Ступінь збільшення у 2,2 або 2,7 рази дозволяє побачити або розрізнити предмет, що цікавить, тоді як друге око використовується для периферійного зору. Око, яке має імплантат, як побічний ефект буде мати обмежений периферійний зір. Пацієнтам, котрі використовують пристрій, все ж можуть знадобитись окуляри для прийнятного зору. Перед операцією пацієнти повинні спершу випробувати ручний телескоп, щоби дізнатися, чи покращить він зір у їх випадку. Одним з основних недоліків є те, він не може бути використаний для осіб, котрі перенесли операцію з видалення катаракти. А також, щоб встановити телескоп потрібно зробити великий розріз у рогівці.

Проєкт MPDA Alpha IMS 1995 року, в Університетській очній клініці Тюбінгена, почалася розробка субретинальних протезів сітківки. Під сітківку клали чіп з мікрофотодіодами, котрий сприймав світло і перетворював на електричні сигнали, що стимулювати гангліонарні клітини на зразок природного процесу у фоторецепторах непошкодженої сітківки. Природні фоторецептори значно дієвіше фотодіодів і видиме світло не достатньо потужне, щоби стимулювати MPDA. Тож для підвищення рівня стимуляції використовується зовнішнє джерело живлення. Перші досліди на морських свинках і кроликах були розпочаті 2000 року, і тільки 2009 року імплантати були вживлені 11 пацієнтам у межах клінічного пілотного дослідження. Перші підсумки давали надію — більшість пацієнтів змогли відрізнити день від ночі, декотрі навіть могли розпізнавати предмети — чашку, ложку, стежити за переміщенням великих предметів. Перші імплантації у Великій Британії відбулись у березні 2012 року та були проведені Робертом МакЛареном в Оксфордському університеті і Тімом Джексоном у Королівській лікарні Лондона. На 2017 рік Alpha IMS, виробництва Retina Implant AG Germany мала 1500 електродів, розмір 3×3 мм, завтовшки 70 мікрон. Після установки під сітківку це дозволяє майже всім пацієнтам отримати деякий ступінь відновлення світловідчуття.

MIT Retinal Implan Джозеф Ріццо і Джон Уайетт з Массачусетса почали досліджувати можливість створення протеза сітківки 1989 року, і провели випробування стимуляції на сліпих добровольцях у період між 1998 і 2000 роками. Відтоді вони розробили субретинальний стимулятор, набір електродів, який розміщений під сітківкою і приймає сигнали зображення від камери, встановленої на пару окулярів. Мікросхема стимулятора декодує інформацію зображення котра передається камерою, і відповідно стимулює гангліозні клітини сітківки. Протез другого покоління збирає дані і передає їх імплантату через радіочастотні поля з котушки передавачів, встановлених на окулярах. Вторинна котушка приймача зашита навколо райдужки.

Штучна кремнієва сітківка (ASR) Брати Алан Чоу та Вінсент Чоу розробили мікрочип, що містить 3500 фотодіодів, котрі виявляють світло і перетворюють його на електричні імпульси. Вони стимулюють здорові гангліозні клітини сітківки. ASR не вимагає зовнішніх пристроїв. Мікрочип ASR — це кремнієвий чіп діаметром 2 мм (та ж концепція, що й у комп'ютерних чипах), 25 мікрон товщиною, що містить 5000 мікроскопічних сонячних елементів під назвою «мікрофотодіод», кожен з яких має свій власний спонукальний електрод.

Фотоелектричні протези сітківки (PRIMA) Даніель Паланкер і його група у Стенфордському університеті розробили фотоелектричну систему, вона ж і є «біонічне око». Система охоплює субретинальний фотодіод та інфрачервону проєкційну систему зображення, встановлену на відеоокуляри. Інформація з відеокамери обробляється у кишеньковому комп'ютері та відображається в імпульсному інфрачервоному (850—915 нм) відеозображенні. ІЧ-зображення проєктується на сітківку крізь природну оптику ока й активує фотодіоди у субретинальному імплантаті, котрі перетворюють світло на імпульсний біфазний електричний струм у кожному пікселі. Електричний струм, що проникає крізь тканину між активним і зворотнім електродами у кожнім пікселі, збуджує прилеглі внутрішні нейрони сітківки, першочергово біполярні клітини, котрі передають спонукальні відповіді клітинам ганглію сітківки. Ця технологія комерціалізується компанією Pixium Vision і станом на 2018 рік, проходить клінічні іспити.

Bionic Vision Австралійська команда на чолі з професором Энтоні Беркіттом розробляє два протези сітківки. Пристрій Wide-View поєднує нові технології з матеріалами, котрі були успішно використані в інших клінічних імплантатах. Цей підхід передбачає мікрочип з 98 збуджувальними електродами і скерований на підвищення рухливості пацієнтів, щоби допомогти їм безпечно переміщатися у власному середовищі. Цей імплантат буде поміщений у супрахоріоідальний простір. Перші тести пацієнтів з цим пристроєм розпочаті 2013 року.

Консорціум Bionic Vision Australia розробляє пристрій High-Acuity, який містить низку нових технологій для об'єднання мікрочипа та імплантату з 1024 електродами. Пристрій покликаний поліпшити зір, щоби допомогти з такими завданнями, як розпізнавання осіб і читання великим шрифтом. Біонічна зорова система містить камеру, котра передає радіосигнали мікрочипу, розташованому у задній частині ока. Ці сигнали перетворюються на електричні імпульси, які стимулюють клітини у сітківці та зоровий нерв. Потім вони передаються у зорові зони кори мозку і перетворюються на зображення, котре бачить пацієнт.

Австралійська дослідницька рада присудила Bionic Vision Australia грант у розмірі 42 мільйонів доларів США у грудні 2009 року, і консорціум був офіційно запущений у березні 2010 року.

Dobelle Eye Dobelle Eye за можливостями подібний до пристрою MIT Retinal Implan, за винятком того, що чіп-стимулятор перебуває у зоровій корі, а не на сітківці. Перші враження від імплантату були непогані. Ще у стадії розвитку, після смерті Добеля, було вирішено перетворити цей проєкт з комерційного на проєкт, що фінансуватиметься державою.

Інтракортикальний зоровий протез Лабораторія нейронних протезів з Іллінойського технологічного інституту у Чикаго, розробляє зоровий нейропротез, використовуючи внутрішньокоркові електроди. Подібно до системи Добеля, застосування внутрішньокоркових елиектродів дозволяє значно збільшити просторову роздільність у сигналах стимуляції. Окрім того, розробляється система безпровідникової телеметрії для усунення потреби у транскраніальних (внутрішньочерепних) проводах. Електроди, покриті шаром активованої плівки оксиду іридію (AIROF), будуть імплантовані у зоровій корі, розташованій у потиличній частині мозку. Зовнішній блок буде захоплювати картинку, опрацьовувати її та виробляти настанови, котрі відтак будуть передаватися в імплантовані модулі по телеметричному лінку. Схема декодує інструкції та стимулює електроди, водночас збуджуючи зорову кору. Група розробляє датчики зовнішньої системи захоплення та обробки зображень для супроводження спеціалізованих імплантованих модулів, вбудованих у систему. На даний час проводять дослідження на тваринах і психофізичні дослідження людини для перевірки доцільності імплантації добровольцям.Detection, eye–hand coordination and virtual mobility performance in simulated vision for a cortical visual prosthesis device

Див. також Біонічні контактні лінзи Протез Людське око Зір Офтальмологія Нейроінженерія

Література

Nowik, Kamil; Langwińska-Wośko, Ewa; Skopiński, Piotr; Nowik, Katarzyna E.; Szaflik, Jacek P. (1 серпня 2020). Bionic eye review – An update. Journal of Clinical Neuroscience 78. с.8–19. doi:10.1016/j.jocn.2020.05.041. Ong, Jong Min; da Cruz, Lyndon (2012-01). The bionic eye: a review: The bionic eye. Clinical & Experimental Ophthalmology (англ.) 40 (1). с.6–17. doi:10.1111/j.1442-9071.2011.02590.x. Merabet, Lotfi B. (1 січня 2011). У Green, Andrea; Chapman, C. Elaine; Kalaska, John F. та ін. Chapter 1 - Building the bionic eye: an emerging reality and opportunity. Progress in Brain Research (англ.) 192. Elsevier. с.3–15. PMC PMC3326660. PMID 21763515. doi:10.1016/b978-0-444-53355-5.00001-4.

Примітки

Посилання Чи здатне біонічне око перевершити людський орган зору? 11.06.2020 У Британії вперше імплантували біонічне око 22 липня 2015