Нещодавно Ілон Маск повідомив, що Neuralink розробляє імплант для відновлення зору. З такими технологіями експериментують і вчені. Поки що це дозволяє зробити людину самостійнішою, але не повернути зір у класичному розумінні.
Про те, що бачать люди з зоровими протезами та чому складно створити такий пристрій у нашій статті.
У мозку Брайана Бассарда розташовано 25 крихітних чіпів. Їх встановили у лютому 2022 року в рамках дослідження, в якому тестувався бездротовий пристрій, який допомагає повернути зір сліпим людям. Бассард став першим учасником.
56-річний Бассард перестав бачити лівим оком через відшарування сітківки, коли йому було 17 років. У 2016 році те саме сталося і з правим оком, внаслідок чого він повністю осліп. Він точно пам’ятає момент, коли це сталося. «Це була найважча подія, з якою я коли-небудь стикався», — говорить він. Зрештою, він зміг пристосуватися.
У 2021 році Бассард дізнався, що в Технологічному інституті Іллінойсу в Чикаго проводиться дослідження зорового протеза. Його попередили: пристрій експериментальний та не відновить зір до колишнього рівня. Однак, Бассард був досить заінтригований і погодився на імплантацію.
Завдяки чіпам Бассард тепер має дуже обмежений штучний зір, який він описує як «спалахи на екрані радара». За допомогою імплантату він може сприймати людей і предмети у вигляді білих точок, що переливаються.
Бассард — один із небагатьох сліпих людей у світі, хто наважився зробити операцію на головному мозку, щоб встановити зоровий протез. В Іспанії вчені з Університету Мігеля Ернандеса імплантували подібну систему чотирьом пацієнтам. Таким випробуванням передують багаторічні дослідження.
Компанії також виявляють інтерес до цього напряму. Cortigent із Каліфорнії розробляє мозковий імплант Orion, який встановили шістьом добровольцям. Над подібним пристроєм працює і Neuralink Ілона Маска. У березні у своїй соцмережі X Маск повідомив, що пристрій під назвою Blindsight вже працює на мавпах.
«Спочатку роздільна здатність буде низькою, як у ранній графіці Nintendo, але зрештою може перевершити звичайний людський зір», — додав він.
Останній прогноз є малоймовірним, оскільки зір — вкрай складний процес. Щоб покращити якість картинки, доступної з мозковим імплантом, потрібно подолати величезні технічні бар’єри. Проте навіть з елементарним зором сліпі люди можуть стати більш незалежними у повсякденному житті.
«Мова не про повернення біологічного зору, — розповідає Філіп Тройк, професор біомедичної інженерії Технологічного інституту Іллінойсу та керівник дослідження, в якому бере участь Бассард. — Це дослідження того, яким може бути штучний зір».
Як працює штучний зір?
Потрапляючи в око, світло спочатку проходить через рогівку та кришталик, зовнішню та середню оболонки ока. Коли світло досягає задньої частини — сітківки — клітини, які називаються фоторецепторами, перетворять його на електричні сигнали. Ці електричні сигнали проходять через зоровий нерв у мозок, який інтерпретує їх як зображення, що ми бачимо.
Якщо сітківка або зоровий нерв пошкоджені, очі не можуть зв’язуватися з мозком. Це найчастіша причина повної сліпоти. Пристрої, які розробляють Тройк і Neuralink, повністю обходять око та зоровий нерв, надсилаючи інформацію прямо в мозок. Завдяки цьому вони можуть усунути будь-яку причину сліпоти, чи то захворювання очей, чи травма.
Область мозку, що обробляє інформацію, одержувану від очей, називається зоровою корою. Вона розташована в задній частині голови, тому туди легко встановити імплант. Щоб помістити 25 чіпів у мозок Бассарда, хірурги провели звичайну краніотомію, вилучивши частину його черепа.
Чіпи в мозку Бассарда є мініатюрними стимуляторами, які випромінюють слабкий електричний струм. На одному чіпі (його розмір приблизно дорівнює олівцевій гумці) розташовано 16 крихітних електродів, кожен з яких тонший за людську волосину. Кожним електродом можна керувати окремо. Усього Бассарду імплантували 400 електродів.
«Це як мережа стільникового зв’язку в мозку», — говорить Тройк.
Камера, прикріплена до окулярів, фіксує те, що оточує Бассард. Ці зображення обробляються спеціальним програмним забезпеченням і перетворюються на команди, які передаються в мережу чіпів, активуючи окремі електроди для стимуляції нейронів. Стимуляція викликає зорові відчуття, які називаються фосфенами, які виглядають як точки світла — при цьому насправді світло не досягає ока.
Оскільки стимулятори розташовані в одній частині зорової кори, Бассард бачить фосфени тільки в нижній лівій частині свого поля зору. Однак цього достатньо, щоб краще орієнтуватися в кімнаті та виконувати базові завдання, наприклад, серед чотирьох різних предметів на столі вибрати тарілку.
Проблеми розробки штучного зору
Одна з основних проблем — покращити якість зображень.
«Чим більше електродів, тим більше фосфенів теоретично можна виробляти і тим складніші форми можна створювати штучно», — пояснює Сін Чен, доцент кафедри офтальмології Піттсбурзького університету.
Тройк Чен та її колеги опублікували дослідження створеного ними зорового протеза із 1024 електродами. Вони протестували систему на мавпах, і це дозволило тваринам розпізнавати штучно створені літери.
Щоб відновити зір у людей, може знадобитися від кількох сотень тисяч електродів. На думку Тройка, важлива не так кількість електродів, скільки їх розташування. Якщо розподілити їх по зоровій корі, можна розширити поле зору та збільшити кількість плям світла. Однак для цього буде потрібна більш інвазивна операція.
В рамках дослідження Університету Мігеля Ернандеса добровольцям імплантували лише один пристрій зі 100 електродами. Проте, згідно з результатами, опублікованими у 2021 році, навіть така система дозволила 60-річній жінці розпізнавати лінії, форми та прості літери. За словами нейробіолога Едуардо Фернандеса, який очолював дослідження, з того часу результати вдалося повторити ще на трьох сліпих добровольцях.
Він наголошує, що штучний зір «не означає знову почати бачити». Головна мета Фернандеса – дозволити сліпим людям вільно пересуватися та орієнтуватися в просторі. Під час одного тесту чоловікові з зоровим протезом, який ходив біговою доріжкою перед VR-екраном, вдалося уникнути зіткнення з об’єктами. У майбутньому Фернандес хоче додати більше електродів, щоб збільшити кількість фосфенів та отримати більш детальні зображення.
Зараз його команда багато дізнається завдяки першим чотирьом добровольцям. Зорова кора у людей трохи відрізняється, тому науковцям доводиться експериментувати з тим, як розмістити електроди та з якою інтенсивністю стимулювати нейрони.
«Ми налаштовуємо стимуляцію для кожного добровольця», — стверджує Фернандес.
Забезпечити оптимальну продуктивність імплантів ще одне непросте завдання. У ранніх експериментах зі створення штучного зору використовувалися великі електроди, що розміщуються на поверхні мозку, яким для виробництва фосфенів був потрібний відносно сильний електричний струм.
Іноді стимуляція викликала судоми, біль та пошкодження тканин головного мозку. Чен каже, що важливо підібрати оптимальну силу струму, щоб індукувати утворення фосфенів, уникаючи небажаних побічних ефектів.
Не менш важко забезпечити довговічність мозкових імплантів. У дослідженнях, проведених у Піттсбурзі та Іспанії, використовувався пристрій під назвою Utah Array — квадратна сітка зі 100 крихітних кремнієвих голок, на кінці кожної з яких розташований електрод.
Utah Array служить від кількох місяців до кількох років, але може припинити працювати, коли навколо імплантату утворюється рубцева тканина, яка заважає йому вловлювати сигнали від довколишніх нейронів. Імпланти, які використовувала команда Технологічного інституту Іллінойсу, виглядають як головки мініатюрних гребінців та виготовлені з оксиду іридію, різновиду металу.
Neuralink та інші компанії розробляють пристрої з більш гнучкими електродами меншого розміру, які проникають у мозок. Наприклад, пристрій Neuralink має форму монети та розташовується в черепі, а його тонкі ниткоподібні електроди йдуть у тканину мозку. За словами Чен, м’якіші електроди можуть продовжити термін служби імпланту, але поки невідомо, як довго ці альтернативи працюватимуть.
Ще одне питання, що залишається без відповіді: чи впливає на роботу пристрою те, як давно людина втратила здатність бачити. Перший учасник іспанського дослідження був сліпим протягом 16 років, але все ж таки міг бачити грубі форми. Бассард був повністю сліпим упродовж шести років.
«Нам відомо, що після багатьох років сліпоти зорова система починає деградувати, — каже Чен. — Можливо, чим раніше вдасться вжити заходів, тим краще, хоча це ще доведеться систематично вивчати та доводити».
На презентації у листопаді 2022 року Маск висловив сподівання, що зможе відновити зір навіть у людини, народженої сліпим. Фернандес у цьому не впевнений, але зазначає, що такої спроби ніколи не було. Він каже, що в теорії у людини має функціонувати зорова кора. Однак люди, народжені сліпими, ніколи не використовували цієї частини мозку, щоб обробляти візуальну інформацію.
Зараз Бассард використовує зоровий протез лише у лабораторії, де науковці можуть контролювати стимуляцію. Тройк та його колеги працюють над мобільною системою, щоб майбутні учасники дослідження могли застосовувати влаштування будинку.
Тройк шукає додаткових добровольців, які втратили зір у дорослому віці, але бачили нормально чи майже нормально протягом щонайменше перших 10 років життя. У рамках іспанського дослідження учасникам імплантують зоровий протез лише на шість місяців, після чого його видаляють.
Бассард стверджує, що хотів би використовувати пристрій і за межами лабораторії. У нього є глухий і частково сліпий собака, і він жартує, що з протезом було б набагато легше знаходити його. Але він розуміє, що протягом його життя пристрій, можливо, не принесе йому особливої користі.
«Я роблю це не зовсім для себе, — каже він про свою участь у дослідженні. — Я це роблю для майбутніх поколінь».
БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:
- Історія технологій в області органів відчуттів: слух, зір
- Німецькі експерти розповіли як гаджети впливають на зір
- «До болю смішно» — користувачі поділилися які травми у них були через гаджети
Джерело: Wired