¿Te imaginas cómo se siente una persona que no ve o casi no ve el mundo a su alrededor? Esta condición se llama ceguera, la incapacidad de percibir estímulos visuales debido a trastornos patológicos en el ojo, en los nervios ópticos o en el cerebro. En 1972, la Organización Mundial de la Salud (OMS) adoptó la siguiente definición: una persona se considera ciega si la agudeza de la visión central en condiciones de corrección máxima no excede 3/60. Con esta visión, una persona en condiciones de luz diurna con corrección óptica máxima no puede contar los dedos desde una distancia de 3 metros.
Entonces, para tales casos, se propuso la idea de la estimulación eléctrica de la retina o la corteza visual, la creación de una prótesis que imita los procesos reales de transmisión de señales eléctricas por el mecanismo de acción.
Hay varias opciones para implantes electrónicos, cada año aparecen nuevas ideas, pero el término "Bionic Eye" fue desarrollado por Daniel Palanker, un empleado de la Universidad de Stanford y su grupo de investigación "Biomedical Physics and Ophthalmic Technologies".
La implantación del modelo de ojo biónico Argus II (por cierto, el único modelo que tiene la marca de la UE, pero no está certificado en Rusia) se realizó en Rusia en julio de 2017 a un paciente. Y escuchamos de todas las fuentes de transmisión de televisión: ahora una persona podrá ver el mundo como antes. Cientos de personas solicitan poner un ojo biónico, y algunos además piden "implantar" chips para una super visión.
Entonces, ¿qué tenemos hoy? ¿Puede un sueño hacerse realidad para ver el mundo después de perder la vista?
ASPECTOS BIOLÓGICOS DE LA PRÓTESIS AL POR MENOR
Las prótesis biónicas se denominan elementos implantables de partes del cuerpo humano, que son similares en apariencia y función a estos órganos o extremidades. Hoy, las personas son ayudadas con éxito en una vida plena por brazos biónicos, piernas, corazones y órganos auditivos. El objetivo de crear un ojo electrónico es ayudar a los discapacitados visuales con problemas de retina o nervio óptico. Los dispositivos implantados en lugar de una retina dañada deberían reemplazar a millones de células fotorreceptoras del ojo, si no al 100%.
La tecnología para los ojos es similar a la utilizada en las prótesis auditivas que ayudan a las personas sordas a escuchar. Gracias a ello, es menos probable que los pacientes pierdan la visión residual, y aquellos que han perdido la visión pueden ver la luz y tienen al menos cierta capacidad de navegar en el espacio por su cuenta.
ASPECTOS TECNOLÓGICOS
El principio general de acción del ojo electrónico es el siguiente: una cámara en miniatura está integrada en gafas especiales, a partir de ella se transmite información sobre la imagen al dispositivo, que convierte la imagen en una señal electrónica y la envía a un transmisor especial, que a su vez envía una señal electrónica al ojo o cerebro implantado. el receptor, o la información se transmite a través de pequeños cables a electrodos unidos a la retina del ojo, estimulan los nervios restantes de la retina, enviando impulsos eléctricos al cerebro a través de Cortar los nervios ópticos. El dispositivo está diseñado para compensar las sensaciones visuales perdidas con pérdida de visión completa o incompleta.
Las principales condiciones para el funcionamiento exitoso del sistema:
- La presencia en el ojo y el cerebro de un paciente de una porción de células nerviosas vivas.
- Los pacientes deben ser personas que alguna vez vieron normalmente, ya que alguien que es ciego desde el nacimiento no podrá usar dichos dispositivos. Personas adecuadas que han visto durante mucho tiempo y tienen una rica experiencia visual. Como resultado, ven poco, pero tienen ideas sobre objetos y adivinan qué tipo de objeto es. En resumen, se debe desarrollar la corteza cerebral y la posesión de suficiente inteligencia.
- Y, por supuesto, cuantos más píxeles haya en el chip, más clara será la imagen resultante.
- Funcionamiento a largo plazo, mientras que nadie conoce el plazo de uso de estos dispositivos. La primera implantación de ojos biónicos en Alemania terminó en el hecho de que después de un año fueron retirados a todos los pacientes. Incluso aquellos que vieron algo. Esto incluso fue escrito en la prensa alemana.
- Forma tecnológica de recarga. Ahora funcionan según el principio de inducción, no con baterías. Cargado como un cepillo de dientes eléctrico.
- En el camino, se debe abordar el tema de la oxidación, el calentamiento, etc. Por ejemplo, una estructura de agujeros después de la implantación puede permitir que las células nerviosas de la retina fluyan automáticamente desde las superficies superior e inferior del fotosensor a través de las cavidades y conectarse, así como reducir el calentamiento de píxeles y aumentar su número.
ASPECTOS MICROCIRUGICOS DE LA PRÓTESIS
Estas son las operaciones más extensas. Si describe, por ejemplo, la implantación de un ojo biónico subretiniano (ubicado debajo de la retina), necesita levantar completamente la retina, luego hacer una retinectomía extensa (cortar una parte de la retina), luego instalar este chip debajo de la retina, luego coser la retina con uñas retinianas, pegar la retina con láser y coagularla con aceite de silicona. . El taponamiento de silicona es necesario, de lo contrario, aparecerá PVR (vitreoretinopatía proliferativa) al instante y se producirá desprendimiento. Sí, tampoco debe haber una lente propia, o debe reemplazarse previamente con una lente artificial.
Para la operación, se necesitan herramientas especiales con puntas suaves de silicona. Esta es una operación completamente difícil, además, todavía se necesita un cirujano orofacial o otorrinolaringólogo: sacan electrodos a través de la piel. Y resulta que dicho dispositivo, un chip dentro del ojo, y en las manos de dicho dispositivo del tamaño de un teléfono móvil, con el que puede cambiar la intensidad de la señal, se conecta a los electrodos subcutáneos. Un oftalmólogo-cirujano durante la operación no es suficiente: necesita ayuda de otras disciplinas, la operación dura unas 6 horas.
ASPECTOS ECONÓMICOS DE LA PRÓTESIS
- En primer lugar, es caro. Solo el dispositivo cuesta alrededor de 150 mil dólares, es decir, casi 8,5 millones de rublos. Y el tratamiento completo de uno de esos pacientes puede alcanzar los 10 millones de rublos. Este es un modelo de Argus II. Hoy, en algunos países, por ejemplo, en Alemania, esta operación la paga el seguro.
- Las empresas involucradas en el desarrollo y la producción en todo el mundo viven de subsidios estatales, de subsidios. Es genial, tales cosas deberían ser compatibles, de lo contrario no habrá desarrollo.
- No hay un certificado en Rusia para ninguno de los dispositivos enumerados a continuación.
ASPECTOS MÉDICOS DE LA PRÓTESIS
1. Los resultados son bastante modestos: después de la operación, esas personas no pueden ser llamadas videntes, ven un máximo de 0.05, es decir pueden ver los contornos y determinar la dirección del movimiento de la sombra, no distinguen los colores en absoluto, solo se pueden distinguir aquellos que se recuerdan de la antigua vida "avistada", por ejemplo: "aha, esto es probablemente un plátano, porque es algo semicircular". Ven que algo se mueve sobre ellos, pueden adivinar que se trata de una persona, pero sus rostros no se pueden distinguir.
2. ¿De qué enfermedades se puede beneficiar el ojo biónico?
Los primeros pacientes son pacientes con retinitis pigmentoza, una enfermedad con una desaparición primaria de fotorreceptores y atrofia secundaria del nervio óptico. En Rusia hay entre 20 y 30 mil pacientes, en Alemania, solo unos pocos miles.
Los siguientes en línea son los pacientes con degeneración macular atrófica geográfica. Esta es una patología ocular extremadamente común relacionada con la edad.
El tercero serán pacientes con glaucoma. El glaucoma aún no se ha tratado, ya que la atrofia del nervio óptico en este caso es primaria, por lo que el método de transmisión debería ser diferente, evitando el nervio óptico.
La diabetes es el problema más difícil de resolver. Uno de los métodos para tratar los cambios diabéticos en la retina es la coagulación con láser en toda la superficie. Después de tal procedimiento, es técnicamente imposible elevar la retina debido a la coagulación con láser; esto da como resultado un "tamiz". Y si no se hace con un láser, la situación no es mejor: por lo general, el ojo está tan dañado que la implantación en este caso es inútil.
3. Desafortunadamente, el prototipo actual del ojo biónico no permite que las personas vean el mundo que nos rodea como lo vemos nosotros. Su objetivo es moverse de forma independiente sin ayuda externa. El uso masivo de esta tecnología aún está lejos, pero los científicos darán esperanza a las personas que han perdido la vista.
PROYECTOS ACTUALES DE “OJOS BIONICOS”
En las últimas décadas, científicos de diferentes países han estado trabajando en las ideas de los ojos electrónicos biónicos. Cada vez que la tecnología mejora, pero nadie ha enviado su producto al mercado para su uso masivo.
1. Prótesis retiniana de Argus
La dentadura retiniana Argus es un proyecto estadounidense que está bastante bien comercializado. En el primer modelo, fue desarrollado por un equipo de investigadores a principios de la década de 1990: de origen paquistaní, el oftalmólogo Mark Hameyun, Evgen Deyan, el ingeniero Howard Phillips, el bioingeniero Ventai Lew y Robert Greenberg. El primer modelo, lanzado a fines de la década de 1990, por Second Sight tenía un total de 16 electrodos.
Mark Hameyun realizó ensayos de campo de la primera versión de la retina biónica a seis pacientes con pérdida de visión debido a retinitis pigmentosa en el período de 2002 a 2004. La retinitis pigmentosa es una enfermedad incurable en la que una persona pierde la vista. Se observa en aproximadamente un caso por cada tres mil quinientas personas.
Vista de la unidad exterior Argus IILos pacientes que se implantaron con un ojo biónico mostraron la capacidad no solo de distinguir entre luz y movimiento, sino también de identificar objetos del tamaño de una taza para té o incluso un cuchillo.
Se mejoró el dispositivo de prueba: en lugar de dieciséis electrodos fotosensibles, se montaron sesenta electrodos y se denominó Argus II. En 2007, se inició un estudio multicéntrico en 10 centros en 4 países de EE. UU. Y Europa, un total de 30 pacientes. En 2012, Argus II recibió permiso para uso comercial en Europa, un año después en 2013, en los Estados Unidos. No hay permiso en Rusia.
Hasta el día de hoy, estos estudios están subsidiados por fondos estatales, en los EE. UU. Hay tres de ellos: el Instituto Nacional del Ojo, el Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencias, así como varios laboratorios de investigación.
Parece un chip en la superficie de la retina.2. Prótesis visual basada en microsistemas (MIVP)
El modelo de prótesis fue diseñado por Claude Veraart en la Universidad de Lovaina en forma de una espiral de electrodos alrededor del nervio óptico en la parte posterior del ojo. Se conecta con un estimulador implantado en una pequeña fosa en el cráneo. El estimulador recibe señales de una cámara externa, que se traducen en señales eléctricas que estimulan directamente el nervio óptico.
Esquema MIVP3. Telescopio miniatura implantable
De hecho, este dispositivo no puede llamarse "prótesis retiniana", ya que este telescopio se implanta en la cámara posterior del ojo y funciona como una lupa que amplía la imagen retiniana 2.2 o 2.7 veces, lo que permite reducir el efecto sobre el ganado (puntos ciegos) en la parte central del campo visual. . Se implanta en un solo ojo, ya que la presencia de un telescopio perjudica la visión periférica. El segundo ojo funciona para la periferia. Implantado a través de una incisión corneal bastante grande.
Por cierto, se utiliza un principio similar en lentes intraoculares Shariott adicionales. Tengo la mayor experiencia en la implantación de estos lentes en Rusia y los pacientes están satisfechos con los resultados. En este caso, la facoemulsificación de cataratas se realiza primero. Aunque esto, por supuesto, no es un ojo 100% biónico.
Más sobre esto en publicaciones anteriores:
Sistema telescópico para la cámara posterior del ojo.4. Proyecto MPDA Tübingen Alpha IMS
En 1995, el desarrollo de prótesis retinianas subretinianas comenzó en la Clínica oftalmológica de la Universidad de Tübingen. Se colocó un chip con microfotodiodos debajo de la retina, que detectó la luz y la transformó en señales eléctricas que estimulan las células ganglionares como el proceso natural en los fotorreceptores de una retina intacta.
Por supuesto, los fotorreceptores son muchas veces más sensibles que los fotodiodos artificiales, por lo que requieren una amplificación especial.
Los primeros experimentos con micro cerdos y conejos se iniciaron en 2000, y solo en 2009 se implantaron implantes en 11 pacientes como parte de un estudio piloto clínico. Los primeros resultados fueron alentadores: la mayoría de los pacientes pudieron distinguir el día de la noche, algunos incluso pudieron reconocer objetos: una taza, una cuchara, controlar el movimiento de objetos grandes. Por cierto, el futuro de estos pacientes fue triste: para todos los participantes en el experimento, incluso aquellos que vieron algo, según el acuerdo firmado, los "ojos biónicos" fueron eliminados y volvieron a su estado original.
Hasta la fecha, Alpha IMS, fabricado por Retina Implant AG Alemania, tiene 1.500 electrodos, tamaño 3 × 3 mm, espesor 70 micras. Después de la instalación debajo de la retina, esto permite que casi todos los pacientes obtengan algún grado de restauración de la percepción de la luz.
Técnicamente, esta compleja operación en Alemania se realiza solo en tres centros: en Aachen, en Tübingen y Leipzig. Como resultado, esto lo hacen los cirujanos de la llamada escuela de Colonia, estudiantes del profesor de cirujano vitreorretiniano Heinemann, quienes, desafortunadamente, murieron de leucemia bastante temprano, pero todos sus estudiantes se convirtieron en jefes de departamentos en Tübingen, Leipzig y Aachen.
Este grupo de científicos intercambia experiencia, realiza desarrollos científicos conjuntos, estos cirujanos (en Aquisgrán - Profesor Walter (este es su apellido), en Tubinga - Profesor Bartz-Schmitz) tienen la mayor experiencia trabajando con ojos biónicos, porque en este caso 7-8 -10 implantación se considera una gran experiencia.
Alpha IMS en el fondo5. Implante de retina Harvard / MIT
Joseph Rizzo y John Wyatt de Massachusetts comenzaron a explorar la posibilidad de crear una prótesis retiniana en 1989, y realizaron pruebas de estimulación en voluntarios ciegos entre 1998 y 2000. Hoy, esta es la idea de crear un neuroestimulador subretiniano inalámbrico mínimamente invasivo que consista en una masa de electrodos que se coloca debajo de la retina en el espacio subretiniano y recibe señales de imagen de una cámara montada en un par de anteojos. El chip estimulador decodifica los datos de imagen de la cámara y estimula las células ganglionares de la retina, respectivamente. La prótesis de segunda generación recopila datos y los transfiere al implante a través de campos de radiofrecuencia desde una bobina de transmisores montados en gafas. Se cose una bobina receptora secundaria alrededor del iris.
Implante retiniano modelo MIT
6. Retina de silicio artificial (ASR)
Los hermanos Alan Chow y Vincent Chow desarrollaron un microchip que contiene 3.500 fotodiodos que detectan la luz y la convierten en impulsos eléctricos que estimulan las células ganglionares sanas de la retina. La "retina de silicona artificial" no requiere el uso de dispositivos externos. El microchip ASR es un chip de silicio con un diámetro de 2 mm (el mismo concepto que en los chips de computadora), de 25 micras de espesor, que contiene ~ 5000 células solares microscópicas llamadas "microfotodiodos", cada una de las cuales tiene su propio electrodo estimulante.
Circuito ASR
7. Prótesis fotovoltaica retiniana
Daniel Palanker y su equipo en la Universidad de Stanford han desarrollado un sistema fotovoltaico, que también es el "ojo biónico". El sistema incluye un fotodiodo subretiniano y un sistema de imagen de proyección infrarroja montado en gafas de video.
La información de la cámara de video se procesa en el dispositivo y se muestra en una imagen de video infrarroja pulsada (850-915 nm). Se proyecta una imagen IR en la retina a través de la óptica natural del ojo y activa los fotodiodos en el implante subretiniano, que convierten la luz en una corriente eléctrica bifásica pulsada en cada píxel.
La intensidad de la señal se puede aumentar aún más aumentando el voltaje total proporcionado por el controlador de radiofrecuencia de la fuente de energía implantable.
La similitud entre los electrodos y las células neurales, necesaria para estimular la alta resolución, se puede lograr utilizando el efecto de la migración retiniana.
Modelo Palanquer8. Bionic Vision Australia
Un equipo australiano dirigido por el profesor Anthony Burkitt está desarrollando dos prótesis retinianas.
El dispositivo Wide-View combina nuevas tecnologías con materiales que se han utilizado con éxito para otros implantes clínicos. Este enfoque incluye un microchip con 98 electrodos estimulantes y tiene como objetivo aumentar la movilidad del paciente para ayudarlo a moverse con seguridad en su entorno. Este implante se colocará en el espacio supracoroideo. Las primeras pruebas de pacientes con este dispositivo comenzaron en 2013.
Bionic Vision Australia es un implante de microchip con 1.024 electrodos. Este implante se coloca en el espacio supracoroideo. Cada prototipo consiste en una cámara unida a un par de anteojos, que envía una señal al microchip implantado, donde se convierte en impulsos eléctricos para estimular las neuronas retinianas sanas restantes. Esta información se transmite a los centros de procesamiento del nervio óptico y el cerebro.
El Australian Research Council otorgó a Bionic Vision Australia una subvención de $ 42 millones en diciembre de 2009, y el consorcio se lanzó formalmente en marzo de 2010. Bionic Vision Australia reúne a un equipo multidisciplinario, muchos de los cuales tienen una amplia experiencia en el desarrollo de dispositivos médicos como el "oído biónico".
Modelo Bionic Vision AustraliaGracias a los investigadores del Instituto Bionics (Melbourne, Australia) y evok3d que trabajan en el ojo biónico, las personas con distrofia pigmentaria retiniana y degeneración molecular relacionada con la edad podrán restaurar la visión a largo plazo.
Para llevar a cabo los procedimientos de restauración, son necesarias las células ganglionares que quedan en el paciente, un nervio óptico sano y una zona visual sana de la corteza cerebral. En este caso, una persona tiene la oportunidad de recuperar la vista.Para hacer un prototipo del ojo, así como moldes para moldearlo, los científicos del Instituto Bionics recurrieron a los especialistas de evok3d, una compañía especializada en servicios 3D, y utilizaron una impresora 3D ProJet 1200 para imprimir "ojos artificiales".Solo se necesitaron cuatro horas para imprimir. prototipo en el ProJet 1200, antes del advenimiento de la impresión 3D, tardó semanas o incluso meses en producirlo. Así es como la impresión 3D aceleró el proceso de investigación y producción.El sistema visual biónico incluye una cámara que transmite señales de radio a un microchip ubicado en la parte posterior del ojo. Estas señales se convierten en impulsos eléctricos que estimulan las células en la retina y el nervio óptico. Luego se transmiten a las zonas visuales de la corteza cerebral y se convierten en la imagen que ve el paciente.9. Dobelle Eye
De función similar al dispositivo Harvard / MIT (6), excepto por un microcircuito estimulante, que se implanta directamente en el cerebro en la corteza visual primaria, y no en la retina. Las primeras impresiones del implante no fueron malas. Incluso en la etapa de desarrollo, después de la muerte de Dobel, se decidió convertir este proyecto de un proyecto comercial en un proyecto financiado por el estado.Diagrama Dobelle Eye10. Prótesis visual intracortical
Un laboratorio de prótesis neural en el Instituto de Tecnología de Illinois en Chicago está desarrollando una prótesis visual utilizando electrodos intracorticales. En principio, de manera similar al sistema Dobel, el uso de electrodos intracorticales puede aumentar significativamente la resolución espacial en las señales de estimulación (más electrodos por unidad de área). Además, se está desarrollando un sistema de telemetría inalámbrico para eliminar la necesidad de cables transcraneales (intracraneales). Los electrodos recubiertos con una capa de película de óxido de iridio activado (AIROF) se implantarán en la corteza visual ubicada en el lóbulo occipital del cerebro. La unidad exterior capturará la imagen, la procesará y generará instrucciones, que luego se transmitirán a los módulos implantados a través de un enlace telemétrico. El circuito decodifica instrucciones y estimula electrodos,a su vez, estimulando la corteza visual. El grupo está desarrollando sensores para un sistema externo de captura y procesamiento de imágenes para acompañar a los módulos implantables especializados integrados en el sistema. Actualmente se están realizando estudios en animales y psicofísicos en humanos para evaluar la viabilidad de la implantación en voluntarios.
TOTAL
Ahora todo está en la etapa, incluso si no es primaria, sino de un desarrollo secundario que no se habla de explotación masiva y la solución de todos los problemas. Se ha operado a muy pocas personas y no hay forma de hablar sobre la producción en masa. Actualmente, esta todavía es una etapa de desarrollo.El primer trabajo comenzó hace más de 20 años. En 2000-2001, algo comenzó a aparecer en ratones. Actualmente, hemos recibido los primeros resultados en humanos. Esa es tal velocidad.Si bien hay algo grave, pueden pasar otros veinte años. Estamos en una etapa muy, muy temprana, en la que hay un primer efecto positivo: reconocimiento de contornos, luces y no todos, hasta que puedan predecir quién ayudará y quién no.Los cirujanos que participan en estos experimentos cuentan con los dedos.La implantación de una prótesis es solo para fines publicitarios. Estos trabajos deben ser realizados por personas que tengan la oportunidad de realizar 100-200 operaciones por año en el marco de un equipo de proyecto, para que aparezca una masa crítica. Entonces habrá una comprensión de cuándo esperar un efecto. Dichos programas deben ser subsidiados por el presupuesto o fondos especializados.Aunque todavía no existe un modelo perfecto, todos los existentes deben mejorarse, los científicos creen que en el futuro el ojo electrónico puede reemplazar la función de las células de la retina y ayudar a las personas a obtener la más mínima capacidad de ver enfermedades como la retinitis pigmentosa, la degeneración macular, la ceguera senil y el glaucoma.Si tiene sus propias ideas sobre cómo puede usar su tecnología para restaurar su vista a las personas (aunque todavía es difícil de implementar), le sugerimos que las analice a continuación.Y la historia con lentes de contacto biónicos, el potencial para editar el genoma, sobre cómo puedes escuchar los colores a través de algo implantado en el cerebro, en las siguientes publicaciones.