Искусственная сетчатка глаза фото
В 2018 году 39 миллионов человек остаются слепыми. Из-за наследственных заболеваний, старения тканей, инфекций или травм. Одна из главных причин — это болезни сетчатки. Но наука развивается так быстро, что фантастика переходит из книг в лаборатории и операционные, снимая барьер за барьером. Ниже мы рассмотрим, какое будущее ждет офтальмологию, как будут лечить (и уже лечат), возвращать зрение, диагностировать недуги и восстанавливать глаза после операций.
Киборгизация: бионические глаза
Главный тренд офтальмологии будущего — бионические глаза. В 2018 году уже существуют 4 успешных проекта, и искусственные глаза сейчас — далеко не картинка из футуристического фэнтези.
Самый интересный проект — это Argus II от Second Sight. Устройство состоит из импланта, очков, камеры, кабеля и видеопроцессора. Имплант, имеющий передатчик, вживляется в сетчатку. Носимая с очками камера фиксирует изображения, которые процессор обрабатывает, генерируя сигнал, передатчик импланта принимает его и стимулирует клетки сетчатки. Так реконструируется зрение. Разработка изначально предназначалась для больных макулодистрофией. Это возрастное заболевание, оно сопровождается слабым кровоснабжением центра сетчатки и приводит к слепоте.
В чем недостаток технологии? Устройство стоит баснословные 150 тысяч долларов и не возвращает зрение полностью, лишь позволяя различать силуэты фигур. По состоянию на 2017 год 250 человек носят Argus II, что, безусловно, ничтожно мало.
У Argus II есть аналоги. Например, Boston Retinal Implant. Он тоже создан специально для пациентов с макулодистрофией и пигментным ретинитом (разложением фоторецепторов сетчатки). Он работает по похожему принципу, направляя сигналы нервным клеткам и создавая схематичное изображение объекта. Стоит назвать и IRIS, созданный для пациентов на последних стадиях деградации сетчатки. IRIS состоит из видеокамеры, носимого процессора и стимулятора. От них отличается Retina Implant AG. Имплант улавливает фотоны и активирует зрительный нерв, при этом устройство обходится без внешней камеры.
Импланты в головном мозге
Как ни странно, лечить зрение можно, не касаясь глаз. Для этого достаточно вживить в мозг чип, который будет стимулировать короткими электрическими разрядами зрительную кору. В этом направлении работает упомянутый выше Second Sight. Компания разработала альтернативную версию Argus II, которая совсем не затрагивает глаза и работает с мозгом напрямую. Девайс будет стимулировать нервные клетки током, извещая мозг о потоке света.
Искусственная сетчатка
Мы сказали, что пигментный ретинит поражает фоторецепторы сетчатки, из-за чего человек перестает воспринимать свет и слепнет. Это заболевание кодируется генетически. Сетчатка состоит из миллионов рецепторов. Мутация лишь в одном из 240 генов запускает их гибель и портит зрение, даже если связанные с ней зрительные нейроны будут целы. Как быть в этом случае? Имплантировать новую сетчатку. Искусственный аналог состоит из электропроводящего полимера с шелковой подложкой, завернутого в полимерный полупроводник. Когда падает свет, полупроводник поглощает фотоны. Вырабатывается ток и электрические разряды касаются нейронов сетчатки. Эксперимент с мышами показал, что при освещенности в 4-5 лк (Люксов), как в начале сумерек, мыши с имплантами реагируют на свет так же, как и здоровые грызуны. Томография подтвердила, что зрительная кора мозга крыс была активна. Неясно, будет ли разработка полезной для людей. Итальянский технологический институт (IIT) обещает отчитаться о результатах опытов в 2018 году.
Ошибка в коде
Носимые, вшиваемые и встраиваемые устройства — не единственная надежда офтальмологии. Для того, чтобы вернуть зрение, можно переписать генетический код, из-за ошибки в котором человек начал слепнуть. Метод CRISPR, который базируется на инъекции раствора с вирусом, несущим правильный вариант ДНК, излечивает наследственные заболевания. Исправление кода позволяет бороться с возрастной дегенерацией сетчатки, а также с амаврозом Лебера — крайне редким недугом, убивающим светочувствительные клетки. В мире им страдает около 6 тысяч человек. Препарат Luxturna обещает покончить с ним. Он содержит раствор с правильной версией гена RPE65, шифрующим структуру необходимых белков. Это инъекционный препарат — его вводят в глаз микроскопической иглой.
Диагностика и восстановление после операции
Сопровождающий нас повсюду смартфон — прекрасный инструмент для быстрой и точной диагностики. Например, синхронизированный со смартфоном офтальмоскоп Peek Vision позволяет делать снимки сетчатки где и когда угодно. А Google в 2016 году представил алгоритм анализа изображений, основанный на искусственном интеллекте, который позволяет выявлять признаки диабетической ретинопатии на снимках сетчатки. Алгоритм отыскивает мельчайшие аневризмы, указывающие на патологию. Диабетическая ретинопатия — это тяжелое поражение сосудов сетчатой оболочки глаза, ведущее к слепоте.
Будущее — за быстрым восстановлением после операций. Интересен препарат Cacicol, представленный турецкими исследователями в 2015 году. Их разработка снимает боль, повышенную чувствительность и жжение после операции на глазах. Препарат уже опробовали клинически: пациенты, которым сшивали роговицу (этот метод используется при лечении ее истончения — кератоконуса), отмечали снижение побочных эффектов.
Каким будет зрение будущего?
Уже сейчас офтальмология достигла поразительных успехов: прежде неизлечимую слепоту можно обратить, а наследственные заболевания побороть, переписав несколько участков генетического кода. В каком направлении будет идти развитие? Попробуем предположить:
Лучше предотвратить, чем лечить. Окулист в смартфоне и нейронная сеть, ставящая диагноз, обещают заметно сократить риск запущенных и едва излечимых болезней глаз. Дополненная реальность (AR) позволит распространять медицинские знания в игровой и необременительной форме. Уже сейчас есть приложения AR, моделирующие последствия катаракты и глаукомы. Знание, как известно, сила. Заменить, если нельзя вылечить. Киборгизация — это ключевой медицинский тренд. Нынешние разработки хороши, но они реконструируют зрение лишь отчасти, позволяя различать размытые контуры. В ближайшие 10 лет технология будет идти по пути повышения качества изображения и детализации. Важная задача — избавиться от носимых компонентов: камеры, очков, кабеля. Имплант должен стать мягче и, можно сказать, дружелюбнее для тканей человека, чтобы не ранить их. Вероятно, чипы без внешних вспомогательных элементов, вживляемые прямо в мозг — это самая перспективная ветка киборгизации зрения. Дешевле и доступнее: 150 тысяч долларов за устройство пока делают бионические глаза очень далекими от рынка и недосягаемыми для большинства больных. Следующий шаг — сделать их максимально доступными. Восстановление за часы: вживление чипов, коррекция сетчатки и даже исправление ДНК требуют хирургического вмешательства. Оно оставляет резь, жжение, фантомные боли и другие неприятные следствия. Препараты будущего будут регенерировать поврежденные ткани за часы. Фантастическое зрение для всех: мгновенный снимок с помощью глаза и сетчатка, подключенная к интернету, только сейчас выглядят как научная фантастика.
Источник
Сетчатка глаза от латинского retina, является внутренней оболочкой глазного яблока, выстилающей его заднюю часть. Сюда проецируется зрительная информация, проходящая через зрачок, здесь она воспринимается и передается для обработки в мозг.
Сетчатка является периферическим звеном зрительного анализатора и обеспечивает восприятие и преобразование света в нервные, а потом и зрительные импульсы.
В сетчатке насчитывают 10 слоев. В ней содержатся палочки и колбочки (фоторецепторы), биполярные, горизонтальные, амакриновые, а также ганглиозные клетки глаза.
Зачем нужна искусственная сетчатка
Существуют патологии, из-за которых могут возникать необратимые изменения сетчатки: травмы, опухоли, кровоизлияния, дегенеративные процессы. В результате человек слепнет.
Поэтому проблема создания искусственной сетчатки в медицине имеет критическую важность.
В диагностике патологии сетчатки применяются: оптическая когерентная томография сетчатки, ретинография, магнитно-резонансная томография, вызванные потенциалы.
Итальянские исследователи
В городе Генуя (Итальянский технологический институт), под руководством профессора Фабио Бенфенати (Fabio Benfenati), создали искусственную сетчатку из органических материалов, биополимеров. Модель работает по принципу фотоэлемента: на поврежденные клетки сетчатки накладывают полимерный материал. Когда на него попадают световые электромагнитные волны, полимер генерирует электроимпульсы и передает их глубжележащим клеткам. Уже проводятся вживления данной конструкции в глаз крыс, взамен их естественной сетчатки.
Япония, Киото
Концерн «Сэйко-Эпсон» создает свою модель сетчатки. Основа – алюминиевая матрица и напыленный на него фотоэлементный слой кремния. Испытания проводятся на морских угрях. Размеры такой искусственной сетчатки могут варьировать от нескольких миллиметров до сантиметра.
Франция, Париж
Доктор Жозе Саэль из госпиталя «Кенз-Вен» провел первую операцию по вживлению искусственной сетчатки человеку. Осложнений и побочных эффектов не наблюдалось. Имплантировали изделие компании «Секонд сайт», которая состояла из 60 фоторецепторов. Аналогичные операции также проведены и в Швейцарии.
США, Стэнфорд
В местном университете исследователи во главе с Джеймсом Лаудине разрабатывают искусственную сетчатку с высоким зрительным разрешением. Их конструкция не требует источника энергии, так как работает по типу солнечной батареи. Основа – кремний со светочувствительными элементами. Для работы также требуются специальные очки и микрокомпьютер. Свет, попадая на встроенные в очки видеокамеры, преобразуется в инфракрасные лучи. Именно ИК излучение и активирует фоточувствительные элементы матрицы.
Комментарии профессора Р.Ф. Гимранова.
В мире более 30 миллионов, ослепших из-за патологии сетчатки людей. Многим из них можно было бы помочь, имея приемлемую по цене технологию искусственной сетчатки глаза. Также необходимы соответствующие медицинские операционные и нейрофизиологические технологии по внедрению имплантата и правильной настройке.
Мы более 20 лет проводим активацию и стимуляцию различных звеньев зрительного анализатора, в том числе и сетчатки. Хорошие результаты наблюдаются при раннем обращении больных с частичной атрофией зрительных нервов, демиелинизирующих заболеваниях, амблиопией. Однако если время было упущено, утрачено, то наши технологии бессильны и таким больным может помочь только искусственная сетчатка глаза.
Была ли эта статья полезна?
Вы можете подписаться на нашу рассылку и узнать много интересного о лечение заболевания, научных достижений и инновационных решений:
Приносим извинения!
Как можно улучшить эту статью?
Гимранов Ринат Фазылжанович
Записаться к специалисту
×
Источник
Ученые создали искусственный электрохимический глаз, способный видеть в темноте и различать буквы. Устройство, созданное командой исследователей из Гонконгского университета науки и технологий имитирует структуру человеческого глаза и его работу. Как и сетчатка, устройство чувствительно к свету, но его реакция быстрее реакции настоящего глазного яблока. Безусловно, возможности нового устройства не могут сравниться с возможностями телескопов или приборов ночного видения, но у этого искусственного глаза огромный потенциал – его создатели полагают, что в будущем он сможет видеть лучше, чем человеческий глаз. Все-таки, будущее наступило!
В будущем искусственный глаз может стать органом зрения для человекоподобных роботов
Сетчатка человеческого глаза состоит из 10 миллионов клеток.
Как работает искусственный глаз?
Как пишут авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature, искусственный глаз ElectroChemical EYE (EC-EYE) по своему размеру сопоставим с человеческим, а его диаметр немногим превышает пару сантиметров. Глаз также оснащен несколькими мини-датчиками, которые работают на подобие человеческой сетчатки. Это оказалось возможным благодаря созданию мембраны, полусфера которой изготовлена из пористого оксида алюминия. Искусственная сетчатка покрыта крошечными датчиками из светочувствительного минерала под названием перовскит.
Мембрана выполняет ту же функцию, что и сетчатка человеческого глаза, покрытая чувствительными к свету клетками. Расположена она на задней части устройства и принимает свет, который проходит через линзу на передней части искусственного органа. Чрезвычайно светочувствительные гибкие провода, изготовленные из жидкого металла, запечатаны в резиновые трубки и имитируют работу зрительной коры головного мозга, передавая визуальную информацию, собранную датчиками, компьютеру для обработки. Эти провода, толщиной от 20 до 100 микрометров имитируют нервные волокна, соединяющие человеческий глаз с мозгом.
Вам будет интересно: Кожа, разработанная для смартфонов и человекоподобных роботов, реагирует на прикосновения
В настоящий момент искусственный аналог глаза реагирует на изменения за 30-40 миллисекунд. Для сравнения – человеческий глаз реагирует на свет за 40-150 миллисекунд. Более того, электрохимический глаз видит мир в более высоком разрешении. Все потому, что на его мембране расположено 460 миллионов световых сенсоров на квадратный сантиметр. Внутри искусственного глаза находится ионная жидкость – аналог стекловидного тела – гелеподобное прозрачное вещество, которое заполняет пространство между хрусталиком и сетчаткой в глазу. В общем и целом новая разработка китайских ученых – самая точная на сегодняшний день искусственная копия человеческого глаза.
В заднюю часть искусственного яблока встроена синтетическая сетчатка с датчиками, которые измеряют свет, проходящий через линзу в передней части устройства. Провода, прикрепленные к задней стенке мембраны, передают сигналы от этих датчиков к внешним схемам для обработки, подобно тому, как нервные волокна соединяют глазное яблоко с мозгом.
Хотите всегда быть в курсе последних открытий из мира высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News, чтобы не пропустить ничего интересного!
Как использовать искусственный глаз?
Как пишет Science News, в ходе испытаний устройство распознало буквы I, У, А и Е, включая некоторые символы. Несмотря на то, что пока что глаз различает не так много, в будущем изобретение может быть использовано для разработки улучшенных протезов зрения, а также при создании человекоподобных роботов, наподобие всеми любимой Софии. Кстати, вы знали, что она стала первым в мире роботом, получившим гражданство? Подробности в материале моего коллеги Николая Хижняка.
Между тем, процесс изготовления самого точного аналога человеческого глаза дорогостоящий и включает в себя несколько этапов. К тому же, исследователям нужно аккуратно уменьшить жидкометаллические провода, что – по мнению самих ученых – напоминает хирургическую операцию. Но даже когда выполнены все условия, требуется время для дополнительных испытаний, чтобы определить срок эксплуатации нового девайса.
Неисключено, что новый дизайн искусственного глазного яблока может когда-нибудь подарить острое зрение андроидам или использоваться в качестве высокотехнологичного протеза.
Давайте дружить на нашем канале в Яндекс.Дзен
Если говорить совсем просто – впереди еще очень много работы, но полученные результаты – уже прорыв. Создатели искусственного глаза полагают, что широкое использование созданный ими электрохимический глаз получит лет через 10. Примечательно, что устройство будет использоваться в производстве гуманоидных роботов, чьи способности, по мнению экспертов, скоро превзойдут способности человечества, такие дела.
Источник
В будущем носимое устройство сможет работать от солнечных батарей, обеспечить зрение на порядок сильнее человеческого, а также наделить хозяина способностью видеть в темноте.
Вот так выглядит суперглаз в разрезе /© Gu et al., Nature, 2020
Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий создали роботизированный глаз, строение которого повторяет строение настоящего глаза человека и который при этом действительно способен видеть. Статья об этом опубликована в журнале Nature.
Команда исследователей, взяв за основу строение реального глаза, повторила ее, адаптировав к возможностям механики. Размер примерно равен настоящему — около двух сантиметров в диаметре. Внутри он заполнен жидким электролитом, сетчатка сделана с помощью нанопроводов, ну а искусственным хрусталиком сейчас мало кого можно удивить: с такими интраокулярными линзами ходят многие пожилые люди, прооперированные из-за помутнения собственного.
В настоящем глазу свет, преломляясь в хрусталике, достигает фоторецепторов на сетчатке, а они преобразуют фотоны в сигналы, которые и передают по нервным путям в зрительные отделы мозга. Именно это один из ключевых камней преткновения для создания эффективно работающих искусственных глаз, которые могли бы помочь людям, потерявшим зрение.
Мембрана искусственной «сетчатки», стоящая на месте склеры, сделана из оксида алюминия с крошечными сенсорами из перовскита — гибридного светочувствительного материала, который используется в солнечных элементах. Нанопровода, имитирующие зрительную кору головного мозга, передают визуальную информацию, собранную сенсорами, на компьютер, где они обрабатываются.
Ученые протестировали способности бионического глаза. Он успешно различил буквы I, E и Y, не спутав их. На сегодня такой робоглаз способен создавать очень «грубые» изображения: если настоящий глаз дает картинку качеством порядка 120-140 мегапикселей, то искусственный — всего 100 пикселей. Пока разница составляет много порядков не в пользу искусственного, но важно, что сам принцип оказался рабочим. В будущем картинку можно будет «докрутить», а основная проблема пока лежит в области «стыковки» механического глаза и человеческого мозга, то есть соединения в зоне зрительного нерва. Работа над ней потребуется немалая, особенно если устройство нужно будет адаптировать к постоянному ношению. По мнению экспертов, это может занять до десяти лет.
Кроме прочего, гаджет нуждается в источнике питания: предполагается, что его обеспечит солнечный свет. В целом ученые настроены оптимистично: такой глаз не просто способен быть «костылем» в отсутствие собственного. Авторы работы утверждают, что особенности конструкции дадут дополнительные возможности. Нанопроволоки настолько чувствительны, что могут превзойти оптический диапазон длин волн человеческого глаза, позволяя ему реагировать на длины порядка 800 нанометров — уровня порога между визуальным светом и излучением в инфракрасном диапазоне.
Ученые поясняют, что это дает способность такому глазу различать предметы в темноте — в условиях, когда человеческий глаз на это уже не способен. Кроме того, исследователи утверждают, что бионическое око может реагировать на изменения света быстрее, чем человеческое, что позволяет ему приспособиться к изменяющимся условиям за меньшее время. Качество картинки со временем может на порядок превзойти качество, даваемое человеческим зрением.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Создатели препарата добровольно ввели себе собственную разработку и, как сообщает руководитель центра имени Гамалеи, добились успеха.
Данные опроса свидетельствуют, что люди не желают разбираться в научной стороне вопроса о вакцинации, а склонны принимать точку зрения в соответствии с политическими предпочтениями.
Рисунок на спине змей может помогать в маскировке и уходе от преследования, а в некоторых случаях — продемонстрировать угрозу для хищника.
Создатели препарата добровольно ввели себе собственную разработку и, как сообщает руководитель центра имени Гамалеи, добились успеха.
Новые данные показывают: численность бобров в России и Евразии резко недооценивалась. Их здесь миллион, а вскоре будет во много раз больше. Тогда бобры полностью изменят наш ландшафт — причем в лучшую сторону. Как ни странно, эти существа способны заселить не только леса, но и тундру, степь и даже морские берега. По пути они полностью изменяют экосистему — а также шансы на выживание в ней людей. Начнись процесс бобриной реконкисты чуть раньше — и тысячи москвичей были бы спасены. Попробуем разобраться почему.
Европейцы считают запах духов «Шанель» приятным, а папуасы Новой Гвинеи терпеть его не могут, зато обожают аромат свиного жира. Почему разные культуры оценивают запах по-своему, какую роль в нашей жизни играют ароматы, как мы выбираем партнера, опираясь на собственный нюх, и почему супружеским парам не стоит спать под одним одеялом? Об этом – в нашем материале.
Две-три чашки кофе в день обеспечивают уменьшение как подкожного, так и висцерального жира у женщин — по сравнению с теми, кто пьет кофе реже или не пьет совсем.
«Новая газета» обратила внимание, что в статистике столицы — эпицентра коронавирусной эпидемии в России — в апреле 2020 года виден аномальный всплеск смертей. Он в разы превышает официальные цифры гибели людей от Covid-19. Власти опять скрывают? Naked Science внимательно присмотрелся к ситуации и обнаружил, что дело совсем в другом факторе, никак не связанном с новой болезнью. Рассказываем, о чем речь.
Константа, описывающая взаимодействие материи с электромагнитным излучением, может оказаться вовсе не константой.
[miniorange_social_login]
Источник
