Можно осторожно утверждать, что мы являемся свидетелями зарождающейся бионической революции. Инженерия и хирургия позволяют людям вернуть утерянные чувства. Например, Лайфхакер писал о , способной возместить человеку чувство осязания ампутированной конечности. Сегодняшний материал посвящен другому ощущению человека — зрению. Именно визуально мы получаем большую часть информации, поступающей к нам от окружающего мира. К сожалению, образ жизни современного человека и врожденные заболевания притупляют наше зрение. В одних случаях на помощь придет , в более сложных — ультрасовременные протезы. Предлагаем ознакомиться с двумя схожими разработками бионических глаз, которые способны частично вернуть зрение в, казалось бы, безнадежных ситуациях.

Рассмотрим наиболее успешные разработки, уже проходящие тестирование на реальных пациентах.

Argus II Retinal Prosthesis System

В конце января американские хирурги выполнили операцию по имплантации искусственной сетчатки глаза больному пигментным ретинитом. Это дегенеративное наследственное заболевание характеризуется постепенной потерей светочувствительности сетчатки глаза. Имплантат представляет собой лист из 60 электродов, устанавливаемый в глаз. Специальные электронные очки оснащены видеокамерой, захватывающей изображение со стекол. Полученный сигнал передается в виде серии импульсов на электроды, стимулирующие оставшиеся нервные волокна пациента.

Argus II не дает привычной картинки нормального зрения. Вместо этого, аппарат позволяет пациентам видеть вспышки света, которые они могут научиться интерпретировать как визуальные модели. Процесс обучения занимает от одного до трех месяцев. Конечно, протез еще далек от совершенства, но развитие все же идет в правильном направлении. Со временем ученые намерены усовершенствовать свою технологию. Стоимость без проведения операции составляет $150 000.

Alpha IMS

Возможно, более интересная разработка немецких умов. Принцип схож. Бионический глаз контролирует интенсивность света с помощью электродов, имплантированных под сетчатку пациента, до его подачи в микрочип, ответственный за передачу сигнала прямиком в мозг. Тем самым, мозг обрабатывает привычные для себя данные здорового глаза человека. В результате пациент видит черно-белое изображение. За ухом устанавливается регулятор яркости, и вся система работает без проводов, питаясь от карманного аккумулятора.

Протез имеет намного большее количество электродов в сравнении с американской разработкой. 1 500 против 60, тем самым предлагает изображение гораздо большего разрешения и четкости. Установка имплантата позади сетчатки также позволяет пациенту более естественно поворачивать глаза и голову.

Девять пациентов уже был оснащены протезами, восемь операций были успешными. Отзывы испытуемых обнадеживают. Пациенты смогли на крупных планах различать движения рта, например, улыбку, определять наличие очков на лице прохожих, а также распознавать столовые приборы, телефоны и мелкие детали вещей. В диапазоне далекого зрения пациенты могли разобрать линию горизонта, дома, деревья и реки.

Дополнительные тестирования проводятся в странах Европы. Ученые испытывают долгосрочность стабильности и безопасности применения имплантата. Исследователи также надеются разработать специальные методы обучения, чтобы помочь пациентам улучшить свои способности распознавания объектов.

Надеемся, озвученные технологии будут признаны полностью безопасными для длительного использования, а их цена будет существенно снижена.

Глаза - самая сложная система в организме. И нейробиологи выясняют до сих пор, каким образом визуальные стимулы могут превращаться в информационные сообщения, воспринимаемые мозгом. При этом данный орган весьма хрупок, а расстройства зрения являются одними из наиболее распространенных среди всех болезней.

Стоит упомянуть, что самыми серьезными неприятностями со зрением являются заболевания ( , пигментный и др.), ведь около четверти пациентов с данными заболеваниями заканчивают полной . И все было бы не так плохо, если бы заболевания сетчатки поддавались лечению, однако любая терапия в таких случаях ограничивается только попытками замедлить болезнь.

В то же время, существует и нейрокомпьютерное решение данной проблемы – замена сетчатки электронным протезом. Одно из таких устройств, Argus II, создано компанией SecondSight и уже рекомендовано к широкому применению в США. Клинические испытания данного приспособления прошли успешно, однако у Argus II все еще остается масса неизученных возможностей, коим и посвятила свое исследование рабочая группа из Глазной больницы Мурфилдс (Великобритания), под руководством проф. Ивонны Ло.

Нужно сказать, что Argus II - это миниатюрная видеокамера на очках и устройство, беспроводным образом передающее визуальную информацию электронному имплантату. Задача последнего - стимулировать клетки, которые собирают информацию, в соответствии с инструкциями, получаемыми от «внешнего устройства».

Для участия в эксперименте отобрали восемь пациентов, практически лишенных зрения вследствие дегенерации сетчатки. Их задачей было с помощью прибора различить два объекта (белый и металлический): сначала на темном фоне, а после, с выделенными контурами. Для начала, больным с тяжелой формой пигментного ретинита предлагалось сделать это с выключенным устройством, затем - с работающим некорректно, и наконец, с работающим нормально.

Различить два предмета с выключенным устройством пациентам удалось в 12,5% случаев для первого опыта и в 9,4% - для второго. С плохо работающим прибором процент успеха поднялся до 26,2% и 20,7%. И наконец, с хорошо функционирующим устройством, степень точности различения составила 32,8% и 41,4% соответственно, что не может не впечатлять.

Успешную конкуренцию SecondSight в этом направлении составляет BostonRetinalImplantProject (США), в котором участвуют исследователи из Гарварда, Флоридского международного университета, Массачусетского технологического института и пр.

Отличительной особенностью такого рода устройств является микрочип, передающий внешние сигналы к клеткам глазного нерва. Это происходит посредством электродов. К примеру, у Argus II этих электродов 60, при этом, чем их больше, тем более детальным получится изображение, ведь микрочип сможет активировать больше клеток, а значит сообщать мозгу больше информации.

В этой связи можно с уверенностью предсказать борьбу между производителями имплантатов за увеличение числа электродов подобное тому, что произошло в сфере процессорных технологий, когда на единице площади пытались уместить по возможности больше транзисторов.

Так вот, рабочей группе проф. Кинзи Джонсу из международного университета во Флориде сделать это удалось. По их технологии производят чипы уже с 256 электродами. Данная технология, правда, пока что ждет клинических испытаний, но, ученые уверены, что их чипам уготовано блестящее будущее.

Однако не нужно думать, что подобные устройства - панацея от связанных с сетчаткой проблем. Какие бы успехи не предрекали таким протезам, вряд ли в обозримом будущем они смогут полностью заменить сетчатку в человеческом глазу.

Пересадка целого глазного яблока - это крайне сложная операция. Имплантат сетчатки пересадить проще, но операция будет успешной только, если хирург придерживается всех тонкостей манипуляции. Это обусловлено тем, что ткань состоит из множества нервных клеток, которые легко повредить. Показаниями для подобных оперативных вмешательств являются дистрофия сетчатки, патология зрительного нерва и других глазных структур. Микрохирургическое вмешательство требует присутствия специального инструментария и высокой квалификации врача. Период восстановления после операции длительный и требует профилактики осложнений.

Ученые и медики еще не научились пересаживать глазное яблоко целиком. Подобные предложения должны вызывать у пациентов настороженность.

Виды операций

Их выделяют, опираясь на части глазного яблока, которые пересаживают. Поэтому существует такая классификация трансплантаций:

Для замены используют как донорскую, так и искусственную роговицу.

• Пересадка роговицы. Эта операция является простой, поскольку трансплантируются поверхностные структуры, без проникновения в глубокие слои органа.
• Имплантация сетчатки глаза. Это более сложный вариант оперативного вмешательства. Нервные клетки - палочки и колбочки, способны разрушаться при малейшем механическом или химическом воздействии.
• Замена хрусталика. Эта естественная линза не имеет антигенных факторов, на которые бы отреагировала иммунная система человека. Поэтому новый хрусталик хорошо приживается.
• Трансплантация биопротеза. В качестве последнего выступает искусственный глаз, представляющий собой скопление электродов, вместо сетчатки имплантируемых в глазное дно. От них к специальным очкам отходят преобразователи сигнала.
• Пересадка имитатора. Под ним подразумевается искусственное глазное яблоко, которое не выполняет зрительных функций, а только замещает удаленный орган в эстетических целях.
• Замена радужки. Она выполняется при аниридии - полном поражении или отсутствии радужной оболочки.

Материалы для пересадки

Выделяют биологические и искусственные имплантанты. В качестве первых выступают части глазного яблока умершего человека. Их изымают у донора сразу после гибели последнего. При этом все компоненты органа зрения немедленно помещают в специальные растворы во избежание влияния на них внешней среды. Эти структуры подлежат пересадке в течение нескольких часов. Чаще ими являются роговица и хрусталик. Искусственные же импланты изготовляются в специальных лабораториях. Они имеют микроскопическое строение и напоминают по функционалу здоровое глазное яблоко. Имитаторы органа зрения изготовляют из криолитового стекла или полиметакрилата.

Производители имплантатов

Искусственные глазные яблоки и отдельные их структуры изготавливаются индивидуально для каждого пациента с учетом его пожеланий и характеристик орбиты. За границей существует множество частных компаний, производящих подобные имплантаты. В России же, к примеру, иридо-хрусталиковая радужка изготавливается индивидуально, после внесения определенной суммы в качестве предоплаты за работу. Передовыми производителями протезов, имитирующих зрительные функции, являются Израиль и Швеция. А бионические глаза изготовляют Франция, Германия и Соединенные Штаты Америки.

Опыт применения подобной искусственной радужки уже насчитывает десятки успешных операций, которые прошли с достижением высокого зрения и отличного косметического эффекта. При этом, достижение уникального косметического эффекта становится возможным благодаря тому, что в технологии производства искусственной радужки, применяется индивидуальный подход к подбору цвета имплантата.

Осуществляется это по следующей схеме:

1. Сначала выполняется цифровая фотосьемка здорового парного глаза.
2. Затем проводится компьютерная обработка полученного снимка здоровой радужки.
3. После, изображение распечатывается с использованием специальной полимерной пленки.
4. На конечном этапе, конструкция искусственной радужной оболочки собирается в единый комплекс с искусственным хрусталиком.

Операция имплантации искусственной радужки проводится только квалифицированным хирургом-офтальмологов и относится к области микрохирургии. В отличии от имеющихся обычных имплантатов, искусственная радужка включает гаптическую часть, выполненную в форме диска. Торцевая ее поверхность содержит три дополнительных дугообразных опорных элемента, чьи внутренние поверхности конгруэнтны торцевым. В каждом из этих дугообразных элементов содержится сквозная прорезь, сделанная, в виде соединенных между собой двух дуг. Противоположные углы обеих дуг острые, при этом, у каждого дугообразного элемента имеется установочное отверстие. Применение именно такого изобретения позволяет значительно уменьшить операционные, а также потенциальные послеоперационные осложнения, значительно сокращает время хирургического вмешательства.

Стоит отметить, что для ликвидации косметического дефекта, имплантацию искусственной радужной оболочки можно проводить даже в глаз, полностью лишенный зрения.

Видео пластики радужки глаза

Наши преимущества

«Московская Глазная Клиника» - современное медицинское учреждение, предоставляющее полный спектр профессиональных услуг в области офтальмологии. Клиника имеет в своем распоряжении лучшие образцы современной аппаратуры ведущих мировых производителей.

В Клинике ведут прием ведущие отечественные специалисты, имеющие чрезвычайно широкий практический опыт. Так, в клинике консультирует хирург высшей категории Фоменко Наталия Ивановна . Благодаря высокому профессионализму врачей и применению современных технологий МГК гарантирует наилучший результат лечения и возвращение зрения. Обращаясь в "Московскую Глазную Клинику", вы можете быть уверены в быстрой и точной диагностике и эффективном лечении.

Цены

В Московской Глазной Клинике можно пройти полное диагностическое обследование и получить рекомендации по самым эффективным методам лечения. Комплексное обследование пациента (включающее в себя такие методы как проверка остроты зрения, биомикроскопия, авторефрактометрия, офтальмоскопия с узким зрачком, пневмотонометрия) составляет 3500 рублей.

Стоимость имплантации искусственной радужки при аниридии в МГК составляет 50 000 рублей (за 1 глаз). Иридо-хрусталиковая МИОЛ-Радужка изготавливается индивидуально (после внесения предоплаты, срок изготовления от четырех недель), оплачивается отдельно. Цена имплантата составляет 40 000 рублей.

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.