Pouvez-vous imaginer comment une personne se sent qui ne voit pas ou ne voit presque pas le monde qui l'entoure? Cette condition est appelée cécité - l'incapacité de percevoir les stimuli visuels en raison de troubles pathologiques dans l'œil lui-même, dans les nerfs optiques ou dans le cerveau. En 1972, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a adopté la définition suivante: une personne est considérée comme aveugle si l'acuité de la vision centrale dans des conditions de correction maximale ne dépasse pas 3/60. Avec cette vision, une personne dans des conditions de lumière du jour avec une correction optique maximale est incapable de compter les doigts à une distance de 3 mètres.
Ainsi, pour de tels cas, l'idée a été proposée de la stimulation électrique de la rétine ou du cortex visuel, la création d'une prothèse qui imite les processus réels de transmission de signaux électriques par le mécanisme d'action.
Il existe plusieurs options pour les implants électroniques, chaque année de nouvelles idées apparaissent, mais le terme «œil bionique» lui-même a été développé par Daniel Palanker, un employé de l'Université de Stanford et son groupe de recherche «Physique biomédicale et technologies ophtalmiques».
L'implantation du modèle d'oeil bionique Argus II (soit dit en passant, le seul modèle qui porte la marque de l'UE, mais n'est pas certifié en Russie) a été réalisée en Russie en juillet 2017 pour un patient. Et nous avons entendu toutes les sources de radiodiffusion télévisuelle - maintenant, une personne pourra voir le monde comme avant. Des centaines de personnes demandent à mettre un œil bionique, et certaines demandent en outre à «implanter» des puces pour une super vision.
Alors qu'est-ce que nous avons aujourd'hui et un rêve peut-il devenir réalité pour voir le monde après avoir perdu la vue?
ASPECTS BIOLOGIQUES DES PROTHÈSES DE DÉTAIL
Les prothèses bioniques sont appelées éléments implantables de parties du corps humain, qui sont similaires en apparence et fonctionnent à ces organes ou membres. Aujourd'hui, les gens sont aidés avec succès dans une vie pleine par des bras, des jambes, des cœurs bioniques ainsi que des organes auditifs. Le but de la création d'un œil électronique est d'aider les malvoyants ayant des problèmes de rétine ou de nerf optique. Les dispositifs implantés à la place d'une rétine endommagée devraient remplacer des millions de cellules photoréceptrices de l'œil, sinon 100%.
La technologie pour les yeux est similaire à celle utilisée dans les prothèses auditives qui aident les sourds à entendre. Grâce à cela, les patients sont moins susceptibles de perdre la vision résiduelle, et ceux qui ont perdu leur vision sont capables de voir la lumière et ont au moins une certaine capacité de naviguer dans l'espace par eux-mêmes.
ASPECTS TECHNOLOGIQUES
Le principe général d'action de l'œil électronique est le suivant: une caméra miniature est intégrée dans des lunettes spéciales, à partir de là, des informations sur l'image sont transmises à l'appareil, qui convertit l'image en un signal électronique et l'envoie à un émetteur spécial, qui à son tour envoie un signal électronique à l'œil ou au cerveau implanté le récepteur, ou les informations sont transmises par de minuscules fils à des électrodes attachées à la rétine de l'œil, elles stimulent les nerfs restants de la rétine en envoyant des impulsions électriques au cerveau par couper les nerfs optiques. L'appareil est conçu pour compenser les sensations visuelles perdues par une perte de vision complète ou incomplète.
Les principales conditions du bon fonctionnement du système:
- La présence dans l'œil et le cerveau d'un patient d'une partie des cellules nerveuses vivantes.
- Les patients doivent être des personnes qui ont déjà vu normalement, car une personne aveugle de naissance ne pourra pas utiliser de tels appareils. Des personnes appropriées qui ont vu depuis longtemps et ont une expérience visuelle riche. En conséquence, ils voient peu, mais ont des idées sur les objets et devinent de quel type d'objet il s'agit. Bref, le cortex cérébral et la possession d'une intelligence suffisante doivent être développés.
- Et, bien sûr, plus il y a de pixels dans la puce, plus l'image résultante est claire.
- Longue durée de fonctionnement - alors que personne ne connaît la durée d'utilisation de ces appareils. La première implantation des yeux bioniques en Allemagne s'est terminée par le fait qu'après un an, ils ont été retirés à tous les patients. Même ceux qui ont vu quelque chose. Cela a même été écrit dans la presse allemande.
- Manière technologique de recharger. Maintenant, ils fonctionnent sur le principe de l'induction, pas sur des piles. Chargé comme une brosse à dents électrique.
- En cours de route, la question de l'oxydation, du chauffage, etc. devrait être abordée. Par exemple, une structure de trou après l'implantation peut permettre aux cellules nerveuses rétiniennes de s'écouler automatiquement des surfaces supérieure et inférieure du photocapteur à travers les cavités et de se connecter, ainsi que de réduire le chauffage des pixels et d'augmenter leur nombre.
ASPECTS MICROSURGIQUES DES PROTHÈSES
Ce sont les opérations les plus étendues. Si vous décrivez, par exemple, l'implantation d'un œil bionique sous-rétinien (situé sous la rétine), vous devez soulever complètement la rétine, puis effectuer une rétinectomie extensive (couper une partie de la rétine), puis installer cette puce sous la rétine, puis coudre la rétine avec des ongles rétiniens, coller la rétine avec une coagulation laser et remplir d'huile de silicone . Une tamponnade en silicone est nécessaire, sinon la PVR (vitréorétinopathie proliférative) apparaîtra instantanément et un décollement se produira. Oui, il ne doit pas non plus y avoir d'objectif propre, ou il doit être préalablement remplacé par un objectif artificiel.
Pour l'opération, des outils spéciaux avec des embouts en silicone doux sont nécessaires. C'est une opération complètement difficile, en plus, un chirurgien orofacial ou ORL est toujours nécessaire - ils font sortir les électrodes à travers la peau. Et il s'avère qu'un tel appareil - une puce à l'intérieur de l'œil, et dans les mains d'un tel appareil de la taille d'un téléphone mobile, avec lequel vous pouvez modifier l'intensité du signal, il se connecte aux électrodes sous-cutanées. Un ophtalmologiste-chirurgien pendant l'opération ne suffit pas - vous avez besoin de l'aide d'autres disciplines, l'opération dure 6 longues heures.
ASPECTS ÉCONOMIQUES DES PROTHÈSES
- Tout d'abord, c'est cher. Seul l'appareil coûte environ 150 mille dollars, soit près de 8,5 millions de roubles. Et le traitement complet d'un de ces patients peut atteindre 10 millions de roubles. Il s'agit d'un modèle d'Argus II. Aujourd'hui, dans certains pays, par exemple en Allemagne, cette opération est financée par les assurances.
- Les entreprises impliquées dans le développement et la production partout dans le monde vivent de subventions publiques, de subventions. C'est génial - de telles choses devraient être prises en charge, sinon il n'y aura pas de développement.
- Il n'y a pas de certificat en Russie pour les appareils répertoriés ci-dessous.
ASPECTS MÉDICAUX DES PROTHÈSES
1. Les résultats sont plutôt modestes - après l'opération, ces personnes ne peuvent pas être considérées comme voyantes, elles voient un maximum de 0,05, c'est-à-dire ils peuvent voir les contours et déterminer la direction du mouvement de l'ombre, ils ne distinguent pas du tout les couleurs, seuls ceux dont on peut se souvenir de la vieille vie "voyante" peuvent être distingués, par exemple: "aha - c'est probablement une banane, parce que c'est quelque chose de semi-circulaire". Ils voient que quelque chose bouge sur eux, ils peuvent deviner que c'est une personne, mais leurs visages ne peuvent pas être distingués.
2. De quelles maladies l'œil bionique peut-il bénéficier?
Les premiers patients sont des patients atteints de rétinite pigmentaire, une maladie avec disparition primaire des photorécepteurs et atrophie secondaire du nerf optique. En Russie, il y a 20 à 30 000 patients de ce type, en Allemagne - seulement quelques milliers.
Viennent ensuite les patients atteints de dégénérescence maculaire atrophique géographique. Il s'agit d'une pathologie oculaire liée à l'âge extrêmement courante.
Le troisième sera celui des patients atteints de glaucome. Le glaucome n'a pas encore été traité, car l'atrophie du nerf optique dans ce cas est primaire, de sorte que la méthode de transmission devrait être différente - en contournant le nerf optique.
Le diabète est le problème le plus difficile à résoudre. L'une des méthodes de traitement des modifications diabétiques de la rétine est la coagulation au laser sur toute la surface. Après une telle procédure, il est techniquement impossible d'élever la rétine en raison de la coagulation au laser - cela se traduit par un "tamis". Et si ce n'est pas fait par un laser, la situation n'est pas meilleure: généralement l'œil est tellement endommagé que l'implantation dans ce cas est inutile.
3. Malheureusement, le prototype actuel de l'œil bionique ne permet pas aux gens de voir le monde qui nous entoure tel que nous le voyons. Leur objectif est de se déplacer de façon autonome sans aide extérieure. L'utilisation massive de cette technologie est encore loin, mais les scientifiques donneront de l'espoir aux personnes qui ont perdu la vue.
PROJETS ACTUELS DES «YEUX BIONIQUES»
Au cours des dernières décennies, des scientifiques de différents pays ont travaillé sur les idées des yeux électroniques bioniques. Chaque fois que la technologie s'améliore, personne n'a encore soumis son produit sur le marché pour une utilisation de masse.
1. Prothèse rétinienne Argus
Argus Retinal Denture est un projet américain assez bien commercialisé. Dans le premier modèle, il a été développé par une équipe de chercheurs au début des années 1990: d'origine pakistanaise, l'ophtalmologue Mark Hameyun, Evgen Deyan, l'ingénieur Howard Phillips, le bio-ingénieur Ventai Lew et Robert Greenberg. Le premier modèle, sorti à la fin des années 1990, par Second Sight avait un total de 16 électrodes.
Des essais sur le terrain de la première version de la rétine bionique ont été menés par Mark Hameyun auprès de six patients présentant une perte de vision due à une rétinite pigmentaire entre 2002 et 2004. La rétinite pigmentaire est une maladie incurable dans laquelle une personne perd la vue. Il est observé dans environ un cas pour trois mille cinq cents personnes.
Vue de l'unité extérieure Argus IILes patients qui ont été implantés avec un œil bionique ont montré la capacité non seulement de distinguer entre la lumière et le mouvement, mais aussi d'identifier des objets de la taille d'une tasse de thé ou même d'un couteau.
Le dispositif de test a été amélioré - au lieu de seize électrodes photosensibles, soixante électrodes y ont été montées et nommées Argus II. En 2007, une étude multicentrique a été lancée dans 10 centres dans 4 pays des États-Unis et d'Europe - un total de 30 patients. En 2012, Argus II a reçu l'autorisation d'utilisation commerciale en Europe, un an plus tard en 2013 - aux États-Unis. Il n'y a pas d'autorisation en Russie.
À ce jour, ces études sont subventionnées par des fonds publics, aux États-Unis, il y en a trois - le National Eye Institute, le Department of Energy et la National Science Foundation, ainsi qu'un certain nombre de laboratoires de recherche.
Il ressemble à une puce à la surface de la rétine2. Prothèse visuelle basée sur microsystème (MIVP)
Le modèle de prothèse a été conçu par Claude Veraart à l'Université de Louvain sous la forme d'une manchette spirale d'électrodes autour du nerf optique à l'arrière de l'œil. Il se connecte à un stimulateur implanté dans une petite fosse du crâne. Le stimulateur reçoit des signaux d'une caméra externe, qui se traduisent par des signaux électriques qui stimulent directement le nerf optique.
Régime MIVP3. Télescope miniature implantable
En fait, ce dispositif ne peut pas être appelé «prothèse rétinienne», car ce télescope est implanté dans la chambre postérieure de l'œil et fonctionne comme une loupe qui agrandit l'image rétinienne 2,2 ou 2,7 fois, ce qui permet de réduire l'effet sur les bovins (taches aveugles) dans la partie centrale du champ visuel . Il est implanté dans un seul œil, car la présence d'un télescope nuit à la vision périphérique. Le deuxième œil fonctionne pour la périphérie. Implanté à travers une incision cornéenne assez large.
Soit dit en passant, un principe similaire est utilisé dans des lentilles intraoculaires Shariott supplémentaires. J'ai la plus grande expérience dans l'implantation de ces lentilles en Russie et les patients sont satisfaits des résultats. Dans ce cas, la phacoémulsification de la cataracte est d'abord effectuée en premier. Bien que ce ne soit bien sûr pas un œil 100% bionique.
Plus d'informations à ce sujet dans les articles précédents:
Système télescopique pour la chambre postérieure de l'œil4. Projet MPDA de Tübingen Alpha IMS
En 1995, le développement de prothèses rétiniennes sous-rétiniennes a commencé à la Clinique Universitaire des Yeux de Tübingen. Une puce avec des microphotodiodes a été placée sous la rétine, qui a détecté la lumière et l'a transformée en signaux électriques qui stimulent les cellules ganglionnaires comme le processus naturel dans les photorécepteurs d'une rétine intacte.
Bien sûr, les photorécepteurs sont beaucoup plus sensibles que les photodiodes artificielles, ils nécessitaient donc une amplification spéciale.
Les premières expériences sur les micro-porcs et les lapins ont débuté en 2000 et ce n'est qu'en 2009 que des implants ont été implantés chez 11 patients dans le cadre d'une étude pilote clinique. Les premiers résultats étaient encourageants - la plupart des patients étaient capables de distinguer le jour de la nuit, certains pouvaient même reconnaître des objets - une tasse, une cuillère, surveiller le mouvement des gros objets. Soit dit en passant, le sort de ces patients était triste - pour tous les participants à l'expérience, même ceux qui ont vu quelque chose, selon l'accord signé, les «yeux bioniques» ont été retirés et ils sont revenus à leur état d'origine.
À ce jour, Alpha IMS, fabriqué par Retina Implant AG Allemagne, dispose de 1 500 électrodes, de taille 3 × 3 mm, d'épaisseur 70 microns. Après l'installation sous la rétine, cela permet à presque tous les patients d'obtenir un certain degré de restauration de la perception de la lumière.
Techniquement, cette opération complexe en Allemagne ne se fait que dans trois centres: à Aix-la-Chapelle, à Tübingen et à Leipzig. En conséquence, cela est fait par des chirurgiens de la soi-disant école de Cologne, des étudiants du professeur de chirurgien vitréo-rétinien Heinemann, qui, malheureusement, sont morts de leucémie assez tôt, mais tous ses étudiants sont devenus chefs de département à Tübingen, Leipzig et Aix-la-Chapelle.
Ce groupe de scientifiques échange des expériences, mène des développements scientifiques communs, ces chirurgiens (à Aix-la-Chapelle - le professeur Walter (c'est son nom de famille), à Tübingen - le professeur Bartz-Schmitz) ont le plus d'expérience du travail avec les yeux bioniques, car dans ce cas 7-8 -10 implantation est considérée comme une grande expérience.
Alpha IMS dans le fond5. Implant rétinien Harvard / MIT
Joseph Rizzo et John Wyatt du Massachusetts ont commencé à explorer la possibilité de créer une prothèse rétinienne en 1989 et ont effectué des tests de stimulation sur des volontaires aveugles entre 1998 et 2000. Aujourd'hui, c'est l'idée de créer un neurostimulateur sous-rétinien sans fil mini-invasif, composé d'une masse d'électrodes qui est placée sous la rétine dans l'espace sous-rétinien et reçoit les signaux d'image d'une caméra montée sur une paire de lunettes. La puce de stimulateur décode les données d'image de la caméra et stimule les cellules ganglionnaires rétiniennes, respectivement. La prothèse de deuxième génération recueille des données et les transfère à l'implant via des champs radiofréquences à partir d'une bobine d'émetteurs montés sur des lunettes. Une bobine réceptrice secondaire est cousue autour de l'iris.
Implant rétinien modèle MIT
6. Rétine de silicium artificiel (ASR)
Les frères Alan Chow et Vincent Chow ont développé une micropuce contenant 3 500 photodiodes qui détectent la lumière et la convertissent en impulsions électriques qui stimulent les cellules ganglionnaires saines de la rétine. La «rétine de silicone artificielle» ne nécessite pas l'utilisation d'appareils externes. La puce ASR est une puce de silicium d'un diamètre de 2 mm (le même concept que pour les puces informatiques), d'une épaisseur de 25 microns, contenant environ 5000 cellules solaires microscopiques appelées "microphotodiodes", chacune ayant sa propre électrode de stimulation.
Circuit ASR
7. Prothèse rétinienne photovoltaïque
Daniel Palanker et son équipe de l'Université de Stanford ont développé un système photovoltaïque, qui est également «l'œil bionique». Le système comprend une photodiode sous-rétinienne et un système d'image par projection infrarouge monté sur des lunettes vidéo.
Les informations provenant de la caméra vidéo sont traitées dans l'appareil et affichées dans une image vidéo infrarouge pulsée (850-915 nm). Une image IR est projetée sur la rétine à travers l'optique naturelle de l'œil et active les photodiodes de l'implant sous-rétinien, qui convertissent la lumière en un courant électrique biphasique puisé dans chaque pixel.
L'intensité du signal peut être encore augmentée en augmentant la tension totale fournie par le variateur de fréquence radio de la source d'alimentation implantable.
La similitude entre les électrodes et les cellules neurales, nécessaire pour stimuler la haute résolution, peut être obtenue en utilisant l'effet de la migration rétinienne.
Modèle Palanquer8. Bionic Vision Australia
Une équipe australienne dirigée par le professeur Anthony Burkitt développe deux prothèses rétiniennes.
Le dispositif Wide-View combine de nouvelles technologies avec des matériaux qui ont été utilisés avec succès pour d'autres implants cliniques. Cette approche comprend une micropuce avec 98 électrodes de stimulation et vise à augmenter la mobilité des patients pour les aider à se déplacer en toute sécurité dans leur environnement. Cet implant sera placé dans l'espace suprachoroïde. Les premiers tests de patients avec cet appareil ont commencé en 2013.
Bionic Vision Australia est un implant de micropuce avec 1 024 électrodes. Cet implant est placé dans l'espace suprachoroïde. Chaque prototype se compose d'une caméra attachée à une paire de lunettes, qui envoie un signal à la micropuce implantée, où elle est convertie en impulsions électriques pour stimuler les neurones rétiniens sains restants. Ces informations sont ensuite transmises aux centres de traitement du nerf optique et du cerveau.
Le Conseil australien de la recherche a accordé à Bionic Vision Australia une subvention de 42 millions de dollars en décembre 2009, et le consortium a été officiellement lancé en mars 2010. Bionic Vision Australia rassemble une équipe multidisciplinaire, dont beaucoup ont une vaste expérience dans le développement de dispositifs médicaux tels que «l'oreille bionique».
Modèle Bionic Vision AustraliaGrâce aux chercheurs du Bionics Institute (Melbourne, Australie) et evok3d travaillant sur l'œil bionique, les personnes atteintes de dystrophie pigmentaire rétinienne et de dégénérescence moléculaire liée à l'âge pourront restaurer la vision à long terme.
Pour effectuer les procédures de restauration, les cellules ganglionnaires restant dans le patient, un nerf optique sain et une zone visuelle saine du cortex cérébral sont nécessaires. Dans ce cas, une personne a la possibilité de retrouver la vue.Pour fabriquer un prototype de l'œil, ainsi que des moules pour le mouler, les scientifiques de l'Institut Bionics se sont tournés vers les spécialistes d'evok3d, une société spécialisée dans les services 3D, et ont utilisé une imprimante 3D ProJet 1200 pour imprimer des «yeux artificiels».Il n'a fallu que quatre heures pour imprimer prototype sur la ProJet 1200, avant l'avènement de l'impression 3D, il a fallu des semaines voire des mois pour le produire. C'est ainsi que l'impression 3D a accéléré le processus de recherche et de production.Le système visuel bionique comprend une caméra qui transmet des signaux radio à une micropuce située à l'arrière de l'œil. Ces signaux se transforment en impulsions électriques qui stimulent les cellules de la rétine et du nerf optique. Ils sont ensuite transmis aux zones visuelles du cortex cérébral et convertis en l'image que le patient voit.9. Dobelle Eye
Fonction similaire au dispositif Harvard / MIT (6), à l'exception du microcircuit de stimulation, qui est implanté directement dans le cerveau dans le cortex visuel primaire, et non sur la rétine. Les premières impressions de l'implant n'étaient pas mauvaises. Même au stade du développement, après la mort de Dobel, il a été décidé de transformer ce projet d'un projet commercial en un projet financé par l'État.Diagramme Dobelle Eye10. Prothèse visuelle intracorticale
Un laboratoire de prothèses neurales de l'Illinois Institute of Technology de Chicago développe une prothèse visuelle à l'aide d'électrodes intracorticales. En principe, de manière similaire au système Dobel, l'utilisation d'électrodes intracorticales peut augmenter considérablement la résolution spatiale des signaux de stimulation (plus d'électrodes par unité de surface). De plus, un système de télémétrie sans fil est en cours de développement pour éliminer le besoin de fils transcrâniens (intracrâniens). Des électrodes recouvertes d'une couche de film d'oxyde d'iridium activé (AIROF) seront implantées dans le cortex visuel situé dans le lobe occipital du cerveau. L'unité extérieure capturera l'image, la traitera et générera des instructions, qui seront ensuite transmises aux modules implantés via une liaison télémétrique. Le circuit décode les instructions et stimule les électrodes,à son tour, la stimulation du cortex visuel. Le groupe développe des capteurs pour un système externe de capture et de traitement d'images pour accompagner les modules implantables spécialisés intégrés au système. Des études animales et psychophysiques humaines sont actuellement en cours pour tester la faisabilité de l'implantation chez des volontaires.
TOTAL
Maintenant, tout est au stade, même s'il n'est pas primaire, mais d'un développement secondaire tel qu'il n'est pas question d'exploitation de masse et de solution de tous les problèmes. Trop peu de personnes ont été opérées et il n'y a aucun moyen de parler de production de masse. Actuellement, il s'agit encore d'une étape de développement.Les premiers travaux ont commencé il y a plus de 20 ans. En 2000-2001, quelque chose a commencé à se produire sur des souris. Actuellement, nous avons reçu les premiers résultats chez l'homme. C'est une telle vitesse.Bien qu'il y ait quelque chose de grave, vingt autres années peuvent s'écouler. Nous sommes à un stade très, très précoce, où il y a un premier effet positif - reconnaissance des contours, des lumières, et pas du tout - jusqu'à ce qu'ils puissent prédire qui cela va aider et qui ne le fera pas.Les chirurgiens qui participent à ces expériences - comptent sur les doigts.L'implantation d'une prothèse est uniquement à des fins publicitaires. Ces travaux doivent être réalisés par des personnes qui ont la possibilité de réaliser 100 à 200 opérations par an dans le cadre d'une équipe projet, afin qu'une masse critique apparaisse. Ensuite, il y aura une compréhension de quand s'attendre à un effet. Ces programmes devraient être subventionnés par le budget ou des fonds spécialisés.Bien qu'il n'existe pas encore de modèle parfait, tous les modèles existants doivent être améliorés, les scientifiques pensent qu'à l'avenir, l'œil électronique peut remplacer la fonction des cellules rétiniennes et aider les gens à acquérir la moindre capacité de voir avec des maladies telles que la rétinite pigmentaire, la dégénérescence maculaire, la cécité sénile et le glaucome.Si vous avez vos propres idées sur la façon dont vous pouvez utiliser votre technologie pour restituer votre vue aux gens (bien que toujours difficile à mettre en œuvre) - nous vous suggérons d'en discuter ci-dessous.Et l'histoire des lentilles de contact bioniques, le potentiel de modification du génome, sur la façon dont vous pouvez entendre les couleurs à travers quelque chose implanté dans le cerveau - dans les articles suivants.