Naukowcy badają nowe sposoby dostarczania sygnałów wzrokowych niewidomym poprzez bezpośrednią stymulację nerwu wzrokowego. Wstępne badania wykorzystują nowy typ elektrody neuronowej, który zapewnia wyraźne sygnały.
Naukowcy z EPFL w Szwajcarii i Scuola Superiore Sant'Anna we Włoszech opracowują technologię dla osób niewidomych, która całkowicie omija gałkę oczną i wysyła wiadomości bezpośrednio do mózgu. Dzieje się to poprzez stymulację nerwu wzrokowego za pomocą nowego rodzaju elektrody wewnątrzczaszkowej o nazwie OpticSELINE. Technologię przetestowano z powodzeniem na królikach, a raport z wynikami badań opublikowano w Nature Biomedical Engineering.
Badacze uważają, że stymulacja śródczaszkowa może być cennym rozwiązaniem dla wielu urządzeń neuroprotetycznych wykorzystywanych do przywracania funkcji sensorycznych i motorycznych. "Potencjały translacyjne tego podejścia są naprawdę bardzo obiecujące”, wyjaśnia Silvestro Micera, przewodniczący Fundacji Bertarelli w EPFL w dziedzinie translacyjnych neurochirurgii i profesor bioelektroniki w firmie Scuola Superiore Sant'Anna, która nadal wprowadza innowacje w protetyce rąk dla osób po amputacji za pomocą elektrod wewnątrzczaszkowych.
Ślepota dotyka około 39 milionów ludzi na świecie. Do utraty wzroku może przyczynić się wiele czynników, takich jak genetyka, odwarstwienie siatkówki, uraz, udar mózgu w korze wzrokowej, jaskra, zaćma, stan zapaleny lub infekcja. Czasem utrata wzroku jest tymczasowa i można ją leczyć medycznie. Jak pomóc komuś, kto jest na stałe niewidomy?
Celem jest wytwarzanie fosfenów, wrażenia widzenia światła w postaci białych wzorów, które są niezależne od zewnętrznego źródła światła, za ich powstawanie odpowiada układ nerwowy. Implanty siatkówki, protetyczne urządzenie pomagające osobom niewidomym, podlegają kryteriom wykluczenia. Na przykład ½ miliona ludzi na całym świecie jest niewidomych z powodu zaburzenia genetycznego - barwnikowego zwyrodnienia siatkówki, ale ze względów klinicznych, tylko kilkaset pacjentów kwalifikuje się do implantów siatkówki.
Implant mózgowy, który bezpośrednio stymuluje korę wzrokową, to kolejna, choć ryzykowna strategia. A priori nowe rozwiązanie wewnątrzczaszkowe minimalizuje kryteria wykluczenia, ponieważ nerw wzrokowy i ścieżka neuronowa prowadząca do mózgu są często nienaruszone. Wcześniejsze próby stymulacji nerwu wzrokowego w latach 90. przyniosły niejednoznaczne wyniki. W tym czasie używano mankietowych elektrod nerwowych. Problem polega na tym, że elektrody te były sztywne i poruszały się, więc elektryczna stymulacja włókien nerwowych staje się niestabilna. Pacjenci mieli trudności z interpretacją stymulacji, ponieważ za każdym razem widzieli coś innego. Prawdopodobnie te elektrody miały również ograniczoną selektywność, ponieważ rekrutowały wyłącznie powierzchowne włókna.
Elektrody wewnątrzczaszkowe mogą być odpowiedzią na dostarczanie badanym bogatej informacji wzrokowej. Zdaniem naukowców są one również stabilne i rzadziej poruszają się po wszczepieniu. Elektrody mankietowe są chirurgicznie umieszczane wokół nerwu, podczas gdy elektrody wewnątrzczaszkowe przebijają się przez nerw. Razem Ghezzi, Micera i ich zespoły opracowali OpticSELINE, układ elektrod z 12 elektrodami.
Aby zrozumieć, jak skuteczne są te elektrody w stymulowaniu różnych włókien nerwowych w obrębie nerwu wzrokowego, naukowcy doprowadzili prąd elektryczny do nerwu wzrokowego za pomocą OpticSELINE i zmierzyli aktywność mózgu w korze wzrokowej.
Opracowali skomplikowany algorytm do dekodowania sygnałów korowych. Wykazali, że każda elektroda stymulująca indukuje specyficzny i unikalny wzór aktywacji korowej, co sugeruje, że wewnątrzczaszkowa stymulacja nerwu wzrokowego jest selektywna i niesie ze sobą ciąg informacji.
Jest to wstępne badanie, wizualna percepcja tych wzorców korowych pozostaje nieznana. Na ten moment nie wiadomo, czy stymulacja wewnątrzczaszkowa może zapewnić wystarczająco informatywne wzorce wizualne. Naukowcy będą potrzebowali informacji zwrotnych od pacjentów w przyszłych badaniach klinicznych w celu dopracowania tych wzorców. Z czysto technologicznego punktu widzenia próby kliniczne mogłyby rozpocząć się już jutro - wyjaśniają badacze.
Przy obecnej technologii elektrod ludzka OpticSELINE może składać się z maksymalnie 48–60 elektrod. Ta ograniczona liczba elektrod nie jest wystarczająca, aby całkowicie przywrócić wzrok. Te ograniczone sygnały wizualne można jednak zaprojektować tak, aby zapewnić wizualną pomoc w codziennym funkcjonowaniu osób niewidomych.
Źródła:
Źródło zdjęcia: 123rf.com
Więcej komentarzy...