можно ли восстановить зрение слепому человеку
Ученые: полное восстановление зрения у слепых людей нельзя осуществить
МОСКВА, 19 янв – РИА Новости. Люди, потерявшие зрение в результате несчастных случаев или ненаследственных болезней, вряд ли смогут заново обрести полноценное зрение из-за того, что структура зрительных центров и связанных с ними нейронов в мозге человека необратимо меняется, заявляют канадские нейрофизиологи в статье, опубликованной в Journal of Neurophysiology.
«У нас была редкая возможность изучить случай женщины, которая страдала от слабого зрения с момента рождения и чье зрение было внезапно восстановлено во взрослые годы жизни после имплантации искусственной роговицы в ее правый глаз. С одной стороны, мы выяснили, что зрительная кора мозга сохраняет способность формировать новые связи достаточно долгое время, а с другой, мы обнаружили, что даже после нескольких месяцев после операции центры зрения так и не восстановили свою нормальную работу», — объясняет Джулия Дормал (Giulia Dormal) из университета Монреаля (Канада).
Дормал и ее коллеги нашли, возможно, фундаментальное и самое серьезное препятствие для восстановления зрения, изучая случай 50-летней жительницы штата Квебек, которая проходила операцию по имплантации искусственной роговицы глаза. Подобные процедуры длятся несколько недель, что дало ученым шанс проследить за тем, как мозг пациентки реагировал на внезапное «воскрешение» глаз и резкое улучшение в остроте зрения.
Томографические снимки, сделанные еще до начала операции, показали, что зрительные центры пожилой женщины были по большей части «перепрограммированы» на решение других задач. К примеру, они гораздо сильнее реагировали на звуковые стимулы, чем на картинки, которые исследователи показывали пациентке.
Тем не менее не все было потеряно — после имплантации роговицы, несмотря на десятилетия почти полной слепоты, зрительные центры в коре мозга женщины начали постепенно переключаться на нормальный режим работы и обслуживать информацию, поступающую из глаз.
Однако по мере дальнейших наблюдений нейрофизиологи заметили нечто странное — темпы восстановления зрительных центров резко замедлились, и даже через семь месяцев после завершения пересадки значительная часть коры в этой части мозга реагировала не на визуальные, а звуковые раздражители. Подобная проблема не прошла бесследно для зрения пациентки — несмотря на отсутствие проблем с самим глазом, острота ее зрения по-прежнему оставалась ниже нормы.
Данный факт, как полагают ученые, может послужить непреодолимым препятствием для всех проектов по восстановлению зрения при помощи кибернетических аналогов глаза или искусственно выращенных его частей.
По текущим оценкам Всемирной организации здравоохранения, на нашей планете проживает примерно 20-25 миллионов человек, страдающих от слепоты, возникшей в результате повреждения или распада фоточувствительных элементов сетчатки глаза. Ученые разработали несколько моделей протезов, способных частично вернуть зрение таким людям. Как правило, возможности таких устройств крайне ограничены — они позволяют различать источники света, видеть контуры предметов и очень крупные объекты.
Бионические глаза и нейропротезы: как технологии возвращают зрение слепым
Мы привыкли ассоциировать зрение лишь с глазами. Однако помимо самих глазных яблок в процессе участвует зрительная кора головного мозга, которой мы фактически «видим», и нервные пути, которые соединяют глаза с мозгом. Практически на каждом этапе можно попытаться реализовать протезирование.
История создания зрительного протеза
Немецкий психолог Иоганн Пуркинье в 1823 году заинтересовался вопросами зрения и галлюцинаций, а также возможностью искусственной стимуляции зрительных образов. Принято считать, что именно он впервые описал зрительные вспышки — фосфены, которые он получил при проведении простого опыта c аккумулятором, пропуская через голову электрический ток и описывая свой визуальный опыт.
Спустя 130 лет, в 1956 году, австралийский ученый Дж. И. Тассикер запатентовал первый ретинальный имплант, который не давал какого-то полезного зрения, но показал, что можно искусственно вызывать зрительные сигналы.
Ретинальный имплант (имплант сетчатки) «вводит» визуальную информацию в сетчатку, электрически стимулируя выжившие нейроны сетчатки. Пока вызванные зрительные восприятия имели довольно низкое разрешение, но достаточное для распознавания простых объектов.
Но глазное протезирование долго тормозилось из-за технологических ограничений. Прошло очень много времени, прежде чем появились какие-то реальные разработки, которые смогли дать «полезное зрение», то есть зрение, которым человек мог бы воспользоваться. В 2019 году в мире насчитывалось около 50 активных проектов, фокусирующихся на протезировании зрения.
Первые ретинальные импланты
Пару лет назад на рынке было доступно три ретинальных импланта, которые прошли клинические испытания и были сертифицированы государственными регулирующими органами: европейским CE Mark и американским FDA.
Бионические импланты — это целая система внешних и внутренних устройств.
IRIS II (Pixium Vision) и Argus II (Second Sight) имели внешние устройства (очки с видеокамерой и блок обработки видеосигнала). Слепой человек смотрит при помощи камеры, с нее картинка направляется в процессор, где изображение обрабатывается и распадается на 60 пикселей (для системы Argus II). Затем сигнал направляется через трансмиттер на электродную решетку, вживленную на сетчатке, и электрическим током стимулируются оставшиеся живые клетки.
В немецком импланте Alfa АMS (Retina Implant) нет внешних устройств, и человек видит своим собственным глазом. Имплант на 1600 электродов вживляется под сетчатку. Свет через глаз попадает на светочувствительные элементы и происходит стимуляция током. Питается имплант от подкожного магнитного коннектора.
Все три ретинальных импланта больше не производятся, так как появилось новое поколение кортикальных протезов (для стимуляции коры головного мозга, а не сетчатки глаза). Однако хотя проектов по фундаментальным разработкам по улучшению ретинальных имплантов еще много, ни один из них не прошел клинические испытания:
Тренды ретинальных имплантов: основные фундаментальные технологии
Ретинальные нанотрубки
Группа ученых из Китая (Shanghai Public Health Clinical Center) в 2018 году провела эксперимент на мышах, в ходе которого вместо не функционирующих фоторецепторов сетчатки предложила использовать нанотрубки. Преимущество этого проекта — маленький размер нанотрубок. Каждая из них может стимулировать только несколько клеток сетчатки.
Биопиксели
Группа ученых из Оксфорда стремится сделать протез максимально приближенным к естественной сетчатке. Биопиксели в проекте выполняют функцию, схожую с настоящими клетками. Они имеют оболочку из липидного слоя, в который встроены фоточувствительные белки. На них воздействуют кванты света и как в настоящих клетках изменяется электрический потенциал, возникает электрический сигнал.
Перовскитная искусственная сетчатка
Все предыдущие фундаментальные разработки направлены на стимулирование всех слоев живых клеток. При помощи технологии перовскитной искусственной сетчатки китайские ученые пытаются предоставить возможность не только получать световые ощущения, но и различать цвет за счет моделирования сигнала таким образом, чтобы он воспринимался мозгом как имеющий определенную цветность.
Фотогальваническая пленка Polyretina
В Polyretina используется маленькая пленка, покрытая слоем химического вещества, которое имеет свойство поглощать свет и конвертировать его в электрический сигнал. Пленка размещена на сферическом основании, чтобы можно было удобно разместить ее на глазном дне.
Субретинальное введение полупроводникового полимера
Итальянские ученые предлагают технологию введения полупроводникового полимерного раствора под сетчатку, при помощи которого свет фиксируется и трансформируется в электрические сигналы.
Российский опыт ретинального протезирования
На момент 2019 года в мире установлено около 350 имплантов, произведенных компанией Second Sight. Около 50 тысяч россиян нуждаются в подобном протезе сетчатки.
В России опытом в протезировании зрения может похвастаться лишь один проект — АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».
«Трендом в фундаментальных разработках бионических протезов является стремление сделать их максимально безопасными, приближенными к биологическим тканям людей и с максимально возможным разрешением. Но настоящую революцию вызвали кортикальные импланты, и смысл в ретинальных имплантах пропал, так как они ставятся только при пигментном ретините и возрастной макулярной дегенерации при отсутствии ряда противопоказаний. Кортикальные же импланты значительно расширяют горизонт показаний и позволяют восстанавливать полезное зрение даже людям, вовсе лишенным глаз», — рассказал Андрей Демчинский, к.м.н., руководитель медицинских проектов АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».
Кортикальные системы имплантации
Кортикальные протезы — это подгруппа визуальных нейропротезов, способных вызывать зрительные восприятия у слепых людей посредством прямой электрической стимуляции затылочной коры мозга, которая отвечает за распознавание изображений. Этот подход может быть единственным доступным лечением слепоты, вызванной глаукомой, терминальной стадией пигментного ретинита, атрофией зрительного нерва, травмой сетчатки, зрительных нервов и т.п. За последние пять лет ученые решили задачу создания такого внутрикортикального визуального нейропротеза, с помощью которого можно было бы восстановить ограниченное, но полезное зрение.
В 1968 году Г.С. Бридли и В.С. Левин провели первую операцию по установке кортикальных имплантов. Первый имплант состоял из шапочки с коннекторами (устанавливали на череп под кожу) и отдельной дуги с электродами (устанавливали под череп), которые стимулировали кору головного мозга. Эксперимент был проведен на двух добровольцах для оценки возможности получения полезного зрения. Позднее импланты были извлечены. Технология кортикальных имплантов была заморожена по причине провоцирования приступов эпилепсии при стимуляции большего количества клеток мозга.
Кортикальный имплант Orion
Спустя 45 лет американский лидер разработки ретинальных имплантов Second Sight создал кортикальную протезную систему ORION. В конце 2017 года Second Sight получили разрешение от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) на проведение клинических испытаний. До апреля 2018 года было установлено шесть устройств. По результатам испытаний оказалось, что все пациенты ощущали зрительные стимулы, a у трех пациентов результаты были схожи с ретинальным имплантом Argus II и дали полезное предметное зрение. Клинические испытания будут проходить до июня 2023 года. Обязательным условием установки импланта является наличие у пациента зрительного опыта, то есть он может использоваться только для людей со сформированной зрительной корой, которые родились зрячими и потеряли зрение.
Кортикальный нейропротез CORTIVIS
Испанские ученые разработали кортикальный имплант под названием CORVITIS. Протез состоит из нескольких компонентов. Одна или две камеры обеспечивают получение изображения, которое затем обрабатывается биопроцессором, чтобы преобразовать визуальный образ в электрические сигналы. На втором этапе информация сводится в серию изображений и передается по радиочастотной связи на имплантированное устройство. Этот радиочастотный блок обеспечивает беспроводную передачу питания и данных во внутреннюю систему. Имплантированный электронный блок декодирует сигналы, определяет и контролирует форму напряжения и амплитуду формы волны, которая будет подаваться на соответствующие электроды. Клинические испытания на пяти пациентах завершатся в мае 2023 года.
Интракортикальный зрительный протез (WFMA)
Американские ученые разработали технологию многоканальной внутрикортикальной стимуляции с помощью беспроводных массивов металлических микроэлектродов и создали беспроводную плавающую микроэлектродную решетку (WFMA).
Система протеза состоит из группы миниатюрных беспроводных имплантируемых решеток-стимуляторов, которые могут передавать информацию об изображении, снятом на встроенную в очки видеокамеру, непосредственно в мозг человека. Каждая решетка получает питание и цифровые команды по беспроводной связи, так что никакие провода или разъемы не пересекают кожу головы. Посылая команды в WFMA, изображения с камеры передаются непосредственно в мозг, создавая грубое предметное визуальное восприятие изображения. Хотя восприятие не будет похоже на нормальное зрение, с его помощью человек может вести самостоятельную деятельность. Система ICVP получила одобрение FDA для проведения клинических испытаний.
Кортикальный протез NESTOR
Голландские ученые также разработали схожую технологию системы протезирования. Принцип функционирования протеза такой же, как в проектах выше. Камера отправляет сигнал на имплант, который состоит из тысяч электродов и смарт-чипа. С помощью процессора зрительное восприятие можно контролировать и регулировать.
«Хотя полное восстановление зрения пока кажется невозможным, кортикальные системы создают по-настоящему значимые визуальные восприятия, при помощи которых слепые люди могут распознавать, локализировать и брать предметы, а также ориентироваться в незнакомой среде. Результат — в существенном повышении уровня жизни слепых и слабовидящих. Такие вспомогательные устройства уже позволили тысячам глухих пациентов слышать звуки и приобретать языковые способности, и такая же надежда существует в области визуальной реабилитации», — обнадежил Андрей Демчинский.
Слепой прозрел
Сообщение о том, что абсолютно слепому человеку группа французских и швейцарских ученых вернула зрение, обошло все мировые СМИ. Стало сенсацией, некоторые подавали его почти как чудо: слепой прозрел! Это действительно так?
То есть прозрение длится недолго. Но в данном случае речь идет о другой технологии?
Михаил Фирсов: Совершенно верно. Это оптогенетика, которая уже названа одной из самых перспективных наук среди появившихся в последнее время. Если для введения чипа бригада суперврачей должна работать восемь часов, то оптогенетика позволит прозреть за один укол в глазное яблоко, который в любой клинике может сделать даже медсестра. В чем суть этой технологии? В нейроны клеток встраиваются гены, которые кодируют наработку светочувствительных белков. В частности, это так называемые канальные родопсины, которые в 2004 году были открыты у зеленых водорослей. А воздействуя на эти белки светом, можно управлять нейронами, что открывает самые неожиданные перспективы в разных сферах науки. Например, нейрофизиологи пытаются таким методом лечить эпилепсию. Известно, что во время приступа в мозгу резко усиливаются так называемые синхронные волны. Чтобы их подавить, можно вставить в мозг светочувствительные белки и попробовать светом подавать сигнал в противофазе и подавить эти волны. Пока такой подход на уровне идеи, но может оказаться очень перспективным.
Как я понимаю, для борьбы со слепотой гены этих водорослей вводятся в глаз пациента, и он прозревает. Фактически в глазу появляется новая зрительная матрица, новые палочки и колбочки, про которые мы знаем еще со школы.
Михаил Фирсов: Да. Но прозрение наступает не сразу. Надо несколько месяцев, чтобы в глазу было наработано большое количество светочувствительных клеток. Но это не все. Человека надо научить видеть в прямом смысле этого слова. Да-да, не удивляйтесь, именно научить. Дело в том, что эта ситуация для мозга довольно ненормальна. У него появились новые пути обработки информации, мозг должен к ним приспособиться, а для этого требуются тренировки.
Что же видит прозревший?
Но если вводить больше светочувствительных белков, наверняка зрение улучшится? То есть путь к прозрению человека проторен. Теперь надо только копать эту «золотую жилу»?
Михаил Фирсов: Именно этим сейчас занимаются в многих лабораториях мира, в том числе и в нашем институте. Скажем, ученые ищут новые, более эффективные белки. И уже проведены эксперименты на одном из видов белков, у которых светочувствительность в 100 раз выше, чем у зеленых водорослей. Кроме того, рассматриваются разные варианты введения генов в глазное яблоко. Дело в том, что в сетчатке есть три слоя, и в зависимости от того, куда вводятся светочувствительные белки, эффект может быть разный.
Михаил Фирсов: Да, такие эксперименты уже проводятся. Надо подчеркнуть, что оптогенетика лечит не сами болезни, а помогает устранить их последствия. Возможно, эту технологию можно применить и для лечения глухоты. Вставлять в ухо светочувствительные белки и работать не на звуковой волне, а на световой. Для этого звуковую волну надо преобразовать в световую и воздействовать ею на светочувствительные клетки.
Справка «РГ»
В 1979 году один из «отцов» двойной спирали ДНК, лауреат Нобелевской премии Френсис Крик предложил использовать свет для управления отдельным нейроном. Понадобилось более 25 лет, что из этой идеи родилась новая наука оптогенетика и революционная технология для прорывных исследований в медицине.
Слепота – медицинский термин означающий серьезное повреждение зрения или полное его отсутствие.
При слепоте невозможно либо значительно ограничено зрительное восприятие вследствие значимого сужения поля зрения, а также снижения остроты центрального зрения.
В клинической практике, различают следующие виды данной патологии:
Причины слепоты
Боязнь ослепнуть, очень часто побуждает мнительных людей при обращении к врачам, задавать довольно глупые вопросы, к примеру: могут ли люди ослепнуть во сне? При этом, для любого грамотного специалиста не составит труда объяснить, что у абсолютно здоровых людей, внезапная слепота не возникает. Данная патология может стать следствием таких состояний и заболеваний, как:
Существует и ряд специфических разновидностей слепоты:
Дальтонизм. Это аномалия, при которой человек не может различать цвета, которые без труда различают другие. Патология, как правило, предопределена генетически и передается по мужской линии. По статистике, она выявляется почти у 8% мужчин, у женщин, же этот показатель составляет менее 1%. Причем, у подобных пациентов, в большинстве случаев, острота зрения остается в норме.
Куриная слепота. При данной патологии, человек теряет способность различать окружающие объекты в сумерках. Подобное нарушение может иметь, как генетическую природу, так и развиться вследствие ряда заболеваний. Подавляющее количество пациентов с куриной слепотой, в светлое время суток, имеют нормальную остроту зрения. Поэтому, именовать подобное явление слепотой, достаточно трудно.
Снежная слепота. Это ухудшение или полное отсутствие зрительного восприятия при мощном воздействии на зрение УФ-лучей. Чаще всего, такое нарушение, походит со временем из-за разрастания тканей поверхности роговой оболочки. Снежная потеря зрения – явление временное и никогда не влечет за собой абсолютную слепоту. Движение объектов, яркий свет, очертания предметов, люди в любом случае видят.
Диагностика
Полная слепота, наступившая вследствие повреждения зрительного нерва или перенесенного инсульта, лечению не поддается. В таких случаях, восстановить зрение, к сожалению, невозможно.
Улучшить качество жизни слепых пациентов призваны специальные средства, разработанные для облегчения их повседневной жизни: книги и пособия, написанные шрифтом Брайля (сегодня существуют и электронные варианты), компьютерные программы, а также ряд устройств, существенно расширяющих возможности невидящих (полностью слепых и имеющих слабое зрение).
Современная офтальмология пока не располагает методиками лечения врожденного дальтонизма. При приобретенной его форме, требуется устранение причин, приведших к её развитию. Иногда, улучшение зрения может наступить после отмены приема того или иного медикаментозного препарата.
Профилактика
При наличии определенных знаний и возможности получать высококачественное медицинское обслуживание, наступление слепоты, можно предотвратить.
Слепота, возникающая вследствие травм, предупреждается абсолютным соблюдением инструкций по защите глаз. Формы эссенциальной слепоты, могут устраняться посредством коррекции пищевого рациона. Раннее выявление катаракты и глаукомы, с регулярно проводимым лечением, позволит избежать слепоты связанной с данными заболеваниями. Контроль уровня сахара крови и поддержание собственного веса, а также занятия физическими упражнениями, отказ от курения и соблюдение определенной диеты, поможет не ослепнуть вследствие диабетической ретинопатии.
В связи со всеми вышеперечисленными проблемами, следует дать совет больше времени проводить на свежем воздухе. За счет этого орган зрения отдыхает, а организм укрепляется. Это является очень хорошей профилактикой всех системных патологий. Можно также попробовать народные методы ухода за глазами, в том числе примочки и капли. При этом следует тщательно следить за своим здоровьем. При первых симптомах изменения цвета глаз следует незамедлительно записаться к специалисту и провести обследование.
В медицинском центре «Московская Глазная Клиника» все желающие могут пройти обследование на самой современной диагностической аппаратуре, а по результатам – получить консультацию высококлассного специалиста. Клиника консультирует детей от 4 лет. Мы открыты семь дней в неделю и работаем ежедневно с 9 ч до 21 ч. Наши специалисты помогут выявить причину снижения зрения, и проведут грамотное лечение выявленных патологий.
Уточнить стоимость той или иной процедуры, записаться на прием в «Московскую Глазную Клинику» Вы можете по телефону 8 800 777-38-81 (ежедневно с 9:00 до 21:00, бесплатно для мобильных и регионов РФ) или воспользовавшись формой онлайн-записи.
Ученые нашли способ вернуть зрение слепым
Исследователи из Университета Миннесоты создали прототип бионического глаза, который может вернуть зрение слепым и дать сверхчеловеческие способности зрячим, пишет ПМ.
Ученые использовали построенный на заказ 3D-принтер для конструкции прототипа. Сначала они напечатали основу из серебряных частиц внутри полусферического стеклянного купола. Затем, используя полупроводниковые полимерные материалы, поверх основы напечатали фотодиоды, устройства, способные конвертировать свет в электрические сигналы.
Весь процесс занял около часа, после чего исследователи получили бионический глаз, который превращает свет в электричество с эффективностью в 25% (это, конечно, меньше чем могут делать наши естественные глаза, так как они фиксируют даже один-единственный фотон).
Пока такой глаз человеку пересадить невозможно. Стеклянный купол не слишком подходит для глазницы, поэтому ученые ищут возможность использования мягкого материала для печати полусферы. К тому же они хотят добавить больше фоторецепторов для повышения эффективности устройства. Тем не менее, соавтор проекта Майкл Макалпайн в пресс-релизе пишет, что это значительный шаг на пути к созданию пригодных для имплантации бионических глаз.
Во-первых, изобретение показало, что полупроводники, полученные с помощью трехмерной печати, столь же эффективны, сколь и устройства, произведенной по дорогой технологии микропроизводства, что сильно удешевляет стоимость подобных бионических глаз.
Во-вторых, впервые открыт способ печати полупроводников на вогнутой поверхности, что в принципе невозможно в микропроизводстве.
Подобные глаза в будущем смогут вернуть зрение слепым, но также потенциально могут улучшить зрение кому угодно (правда, пока непонятно, придется ли для этого удалять совершенно здоровые нормальные глаза и имплантировать искусственные). Но в первую очередь надо найти способ конвертировать электрические сигналы в то, что может интерпретировать мозг. Когда же это случится, зрение человека изменится кардинально, а вместе с ним, возможно, и восприятие мира.