211service.com
Demo: Kunstmatig netvlies
Halverwege de jaren tachtig deed neuro-oogarts Joseph Rizzo III onderzoek naar netvliestransplantaties om het gezichtsvermogen van blinden te herstellen. Op een dag, toen hij het netvlies van een proefdier verwijderde, een weefseldun membraan dat de achterkant van het inwendige van de oogbol bekleedt, kreeg hij een openbaring. Op het moment dat ik de cut maakte, zei ik tegen mezelf: 'Wat ben je in godsnaam aan het doen?', vertelt Rizzo. Hij realiseerde zich dat hij zenuwverbindingen doorsneed die eigenlijk worden gespaard bij vele vormen van blindheid. De lichtgevoelige cellen van het netvlies sterven af bij retinitis pigmentosa en leeftijdsgebonden maculaire degeneratie, die wereldwijd miljoenen mensen treffen; maar de nabijgelegen neuronen die de signalen van die cellen naar de hersenen vervoeren, blijven intact. Dus bedacht Rizzo een netvliesprothese - een implantaat dat een draadloos signaal van een videocamera zou ontvangen, de lichtreceptoren zou omzeilen en de gezonde zenuwcellen direct zou stimuleren om het beeld naar de hersenen te sturen. Rizzo, werkzaam bij de Massachusetts Eye and Ear Infirmary en het Boston VA Medical Center, werkte samen met MIT elektrotechnisch ingenieur John Wyatt Jr. om het plan voort te zetten. In 1988 lanceerden ze het Boston Retinal Implant Project, dat vandaag bestaat uit 27 onderzoekers van acht instellingen. Het team heeft al kortdurende menselijke tests gedaan en hoopt tegen 2006 een permanente prothese te testen. Wyatt en Rizzo gaven onlangs de bijdragende redacteur van TR, Erika Jonietz, een kijkje in hun voortgang.
een. Afbeelding relais. In een kleine werkkamer zonder ramen vol met tafels en apparatuur in zijn MIT-lab, legt Wyatt uit hoe een realtime beeld wordt vastgelegd en doorgestuurd naar de netvliesprothese. Terwijl hij praat, modelleert een gastwetenschapper genaamd Shawn Kelly de externe onderdelen van het systeem. Het idee: een kleine, commerciële digitale videocamera (de onderzoekers hebben er nog geen gekozen) zou op een bril worden gemonteerd. Terwijl de gebruiker om zich heen keek, zou een zender - nu slechts een spoel van draden, bevestigd aan een printplaat die zal worden verpakt en aan een riem worden gedragen - draadloos beelden van de camera naar het implantaat in zijn of haar oog sturen. Hier is de zenderspoel, zegt Wyatt, wijzend op twee concentrische koperen ringen die aan het oorstuk van de bril zijn geplakt. Met behulp van radiogolven, zegt hij, stuurt de binnenste ring de gegevens naar de prothese, terwijl de buitenste spoel het vermogen stuurt.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van september 2004
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
twee. Bericht ontvangen. Door de bril naast een model van een oogbol te plaatsen, laat Wyatt zien hoe de zenderspoel op één lijn ligt met een vergelijkbare ontvangerspoel op het implantaat, dat op het oogoppervlak zit. In ons ontwerp plaatsen we bijna alle massa van het implantaat buiten de oogbol, zegt Wyatt. Jarenlang wilden we alles binnen zetten. Maar het oog houdt niet van dingen binnenin; daarom heeft het geen ritssluiting. Tussen 1998 en 2000 voerde het team een reeks experimenten uit met een inwendig implantaat, waarbij elektroden gedurende enkele uren in de ogen van blinde vrijwilligers werden geplaatst en de elektroden in verschillende testpatronen werden afgevuurd. Mensen zagen vlekken en af en toe lijntjes, maar ze zagen niet zoveel als we hadden gehoopt, zegt Wyatt. We denken dat mensen misschien beter zien als ze meer tijd hebben om met het implantaat te werken en echt leren hoe ze het moeten gebruiken. Dus werkte het team aan de ontwikkeling van een prothese die beter geschikt is voor permanent gebruik. Het huidige outside-the-eyeball design is het resultaat. Het implantaat wordt met kleine hechtingen aan het oogoppervlak bevestigd om te voorkomen dat het verschuift terwijl het oog normaal in de oogkas beweegt. Het enige dat het oog binnendringt, is een kleine elektrode-array van 10 micrometer dik, twee millimeter breed en drie millimeter lang. De array glijdt onder het netvlies, waar de elektroden overlevende zenuwcellen stimuleren in reactie op beelden van de camera, waardoor een klein stukje zicht ontstaat.
3. Synthetische visie. Wyatt trekt het implantaat van het model en legt het op een nabijgelegen printplaat om het beter te kunnen zien. Een flexibel, witachtig polymeer dat zich naar het oog vormt, vormt de basis. De elektronica zit op de vijfhoek bovenaan. Wyatt wijst naar een klein zwart vierkantje in dat gebied dat fungeert als de hersenen van het implantaat. Deze chip, ontworpen in zijn laboratorium, ontvangt beeldgegevens en stroom van de zender en berekent het patroon van elektrode-afvuren dat het beeld van de camera het beste kan reproduceren. Aan de onderkant van een dun verbindingsstuk van polymeer bevinden zich de ontvangerspoel en, aan de linkerkant, op een heldere, flexibele strip, de elektrode-array zelf.
Vier. Dichterbij komen . Rizzo verplaatst het implantaat onder een vergrootglas om de array te onderzoeken. Het bestaat momenteel uit slechts 15 elektroden, elk 400 micrometer breed. Een elektrode stuurt een cluster van zenuwcellen in de buurt aan, zegt Rizzo. Hoewel dit slechts een klein gebied met een lage resolutie zal opleveren, denkt Rizzo dat het zal helpen bij zijn eerste doel: de kwaliteit van leven van blinden verbeteren door ze gemakkelijker door onbekende gebieden te laten lopen dan met wandelstokken - en een wandelstok is mooi goed, zegt hij. Na 16 jaar onderzoek weten Rizzo en Wyatt dat het bereiken van zelfs dat beperkte doel een gigantische stap voorwaarts zal zijn in kunstmatige visie.