Wissenschaftler Haben Eine Implantierbare Prothese Für Blinde Im Visier
Wissenschaftler Haben Eine Implantierbare Prothese Für Blinde Im Visier

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Anonim

Ein Neurowissenschaftler aus Boston entwickelt ein Gerät, das eines Tages Blinden helfen kann, indem es Bilder direkt an das Gehirn sendet.

Die Fähigkeit zu sehen erfordert gesunde Augen, aber es erfordert auch, dass Signale von den Augen zu den Teilen des Gehirns gelangen, die am Sehen beteiligt sind. Ein Neurowissenschaftler aus Boston hofft, den Blinden einen Hoffnungsschimmer zu geben, indem er Augen und Sehnerven umgeht, die durch Krankheit oder Kopftrauma geschädigt wurden, und Bildinformationen direkt an die Regionen des Gehirns sendet, die sie verarbeiten.

Die von John Pezaris, einem Assistenten für Neurowissenschaften am Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston, vorgeschlagene Prothese - zumindest wie in diesem frühen Stadium vorgesehen - würde wie eine Brille mit Digitalkameras über den Augen einer Person getragen, die eine Verbindung herstellen eine Anordnung von Elektroden, die in das Gehirn implantiert sind. Obwohl dies nicht verspricht, das normale Sehvermögen wiederherzustellen, "kann eine bemerkenswerte Menge an Informationen in einer relativ kleinen Anzahl von Pixeln übermittelt werden", sagt er, die es den Menschen ermöglichen würden, möglicherweise einfache Objekte zu identifizieren und sogar Gesichter zu erkennen.

Die Technologie hat noch viele Hindernisse zu überwinden - die Notwendigkeit einer digitalen Bildgebung, die das normale Sehen und das Infektionsrisiko durch Gehirnoperationen angemessen ersetzen kann, um nur zwei zu nennen -, aber der Erfolg könnte lebensverändernde Auswirkungen auf die Dutzende von Menschen haben Millionen von Menschen weltweit leiden unter Sehstörungen.

Es ist schwierig, genau zu sagen, was eine Person, die die Prothese trägt, sehen würde, aber höchstwahrscheinlich wäre es, als würde man sich Puzzleteile ansehen. Wenn sich jedoch die Fähigkeit verbessert, Bilder mit höherer Auflösung an das Gehirn zu liefern, verbessert sich auch die Wirksamkeit der Prothese. "Wir haben versucht, mehr über die Wahrnehmungen oder visuellen Ereignisse zu verstehen, die wir erstellen", sagt Pezaris, einschließlich der Frage, wie Bilder aussehen, wie groß sie sind, wie lange sie erscheinen und ob sie farbig oder farbig sind Schwarz und weiß. "Wir haben jetzt nichts wirklich solides im Griff."

Eine solche Prothese könnte für viele Menschen nützlich sein: Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass 45 Millionen Menschen blind sind, und sie erwarten, dass sich diese Zahl bis 2020 verdoppeln wird. "Sie können den Umfang des Problems nicht unterschätzen, insbesondere was die Bevölkerung betrifft wird älter ", sagt James Morrison, Physiologe und Hauptforscher in der Gruppe für Netzhautprothesen am Institut für Biomedizin und Biowissenschaften der Universität Glasgow. Die Zahlen könnten sich mit zunehmendem Alter der Bevölkerung verschlechtern: Morrison stellt fest, dass 8 Prozent der Einwohner Großbritanniens über 65 Jahre an einer altersbedingten Makuladegeneration leiden.

Es ist schwieriger zu bestimmen, wie viele Menschen von der Technologie profitieren können, da verschiedene Menschen unter unterschiedlichem Grad an Blindheit leiden. Es ist jedoch fair zu sagen, dass Kandidaten für Pezaris-Implantate eher diejenigen sind, die von Geburt an oder von Geburt an völlig blind sind aufgrund einer traumatischen Hirnverletzung. Pezaris sagt, er möchte schließlich Soldaten helfen, die zum Beispiel aufgrund von Explosionsschäden an Blindheit leiden.

Menschen, bei denen die Diagnose "legal blind" gestellt wurde, die jedoch noch ein Sehvermögen haben, wie beispielsweise der neue Gouverneur des Staates New York, David Paterson, wären keine guten Kandidaten für die Operation. In diesen Fällen, sagt Pezaris, "überwiegen die Vorteile des Geräts nicht die Risiken der Operation."

Die Entwicklung der visuellen Prothetik ist mit mehreren Herausforderungen verbunden. Eine ist die Unfähigkeit, die Funktion von Zellen in der Netzhaut durch eine Digitalkamera zu ersetzen. "Die Netzhaut ist ein sehr komplexes Gerät, mit dem sich unser visuelles System an enorme Änderungen der Lichtintensität anpassen kann", sagt Thomas Serre, Neurowissenschaftler am Center for Biological and Computational Learning des McGovern Institute for Brain Research von M.I.T. "Es ist nicht klar, wie weit wir gehen könnten, wenn wir nur ein Bild mit einer Videokamera aufnehmen würden." Ein weiteres Problem ist die Wahrscheinlichkeit, dass Bilder, die aus einer Hirnstimulation resultieren, im Vergleich zum tatsächlichen Bild verzerrt erscheinen. "Mikrostimulationen sind schwer durchzuführen, und manchmal treten einige seltsame Effekte auf", fügt er hinzu und bezieht sich auf eine Technik, die einen Cluster von Nervenzellen aktiviert, indem sie mit einem schwachen elektrischen Strom gezappt werden.

Ein Großteil von Pezaris 'Arbeiten basiert auf "besten Vermutungen", räumt er ein. Er und der ehemalige Kollege der Harvard Medical School, Clay Reid, haben ihre Forschungen zu visuellen Prothesen erstmals in einem Artikel beschrieben, der im vergangenen Mai in den Proceedings der National Academy of Sciences USA veröffentlicht wurde. In der Arbeit wurden Experimente beschrieben, die an zwei erwachsenen Makaken mit Elektrodenhirnimplantaten durchgeführt wurden, um zu bestimmen, ob die Primaten reagieren würden, wenn eine elektrische Stimulation angewendet würde. Die Forscher konnten zeigen, dass die Mikrostimulation in bestimmten Bereichen des Gehirns eine Wahrnehmung erzeugt, die das Gehirn als optische Eingabe interpretiert oder etwas, das "gesehen" werden kann. Die Forscher waren jedoch nicht in der Lage, einige Details des Abdrucks zu bestimmen, wie z. B. seine genaue Größe oder Form, obwohl sie wussten, dass die Wahrnehmungen "wie Lichtpunkte oder einzelne Pixel" waren, sagt er.

"Auf der wissenschaftlichen Seite ist dies eine enorme Leistung", sagt Serre über Pezaris 'Arbeit und fügt hinzu, dass dies einer von mehreren wichtigen Fortschritten in der visuellen Prothetik in den letzten fünf Jahren ist. Während einige der anderen Arten von visuellen Prothesen vorschlagen, andere Bereiche des Gehirns zu stimulieren als Pezaris, erweitert ein weiteres vielversprechendes Projekt, das als Argus II-Netzhautprothesensystem bekannt ist, seine klinische Studie in den USA auf Europa. Das Projekt unter der Leitung von Mark Humayun, Professor für Augenheilkunde und biomedizinische Technik an der Keck School of Medicine der University of Southern California, umfasst ein Implantat, das aus 60 an der Netzhaut befestigten Elektroden besteht, die Informationen von einer externen Kamera zur Netzhaut leiten Patienten mit den Implantaten eine rudimentäre Sichtform bieten.

Pezaris hat auch die Hilfe von Emad Eskandar in Anspruch genommen, einem Neurochirurgen bei MGH, der sich auf die Tiefenhirnstimulation spezialisiert hat, die zur Behandlung der Parkinson-Krankheit und zur Überwachung der neuronalen Aktivität bei Menschen mit Anfällen eingesetzt wurde. Bei der Tiefenhirnstimulation werden Elektroden chirurgisch im Gehirn platziert, um bestimmte Bereiche, die die Bewegung steuern, zu stimulieren, ähnlich wie Herzschrittmacher zur Aufrechterhaltung einer gesunden Herzfrequenz eingesetzt werden.

Der beste Weg, um die Wirksamkeit der Pezaris-Prothese zu testen, besteht darin, die Elektroden in einen menschlichen Patienten zu implantieren. Dies erfordert eine Finanzierung, die Genehmigung durch das MGH-Prüfungsgremium und einen Freiwilligen, dessen Zustand für die Behandlung geeignet ist. Pezaris, der im November von der Abteilung für Neurobiologie der Harvard Medical School ins Krankenhaus kam, sagt, er versuche gerade, all diese Kriterien zu erfüllen, weiß aber nicht, wann ein Versuch am Menschen stattfinden könnte.

Pezaris hofft, innerhalb weniger Jahre ein funktionsfähiges Gerät für Tests am Menschen bereit zu haben, und stellt fest, dass sein Ansatz es ihm ermöglicht, einen Großteil der vorhandenen Medizintechnik zu nutzen. Bei der Beschreibung der Prognose seines Projekts ist er jedoch vorsichtig: "Da es so früh im Prozess ist und wir nicht zu viel versprechen oder unnötige Risiken eingehen wollen."

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