Больше не фантастика: восстановить зрение теперь можно бионическими глазами

Ученые хотят создать практичное и полезное искусственное зрение.

Осенью этого года доктор Байелер переезжает в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, чтобы возглавить недавно созданную лабораторию Bionic Vision в отделениях компьютерных наук и психологических наук и наук мозга. Он надеется, что его работа приведет к восстановлению зрения у слепых, пишет PCMag.

Нейроинжиниринг - это новая междисциплинарная область, целью которой является разработка устройств, которые могут взаимодействовать с мозгом.

Человеческий мозг имеет примерно 100 миллиардов нервных клеток или нейронов и триллионы связей между ними, организованных в различные области мозга, каждая из которых поддерживает определенную задачу; например, обработка визуальной или слуховой информации, принятие решений или получение информации от А до Б.

Понимание того, как эти нейронные схемы порождают восприятие и действие, требует объединения навыков из различных дисциплин, таких как нейробиология, инженерия, информатика и статистика.

«Интерфейсы мозг-компьютер» можно использовать как для лечения неврологических и психических расстройств, так и для понимания функций мозга, и теперь инженеры разработали способы манипулирования этими нервными цепями электрическими токами, светом, ультразвуком и магнитными полями.

Примечательно, что мы можем двигать пальцем, рукой или даже ногой, просто активируя правые нейроны в моторной коре. Точно так ученые научились активировать нейроны в зрительной коре, чтобы люди видели вспышки света. Первое позволяет лечить неврологические заболевания, такие как болезнь Паркинсона и эпилепсия, тогда как последнее должно в конечном итоге позволить восстановить зрение слепым.

Сколько людей сегодня имеют протезы сетчатки?

Идея визуального протеза или бионического глаза больше не является научной фантастикой. Стоит упомянуть об Argus II - устройстве, разработанном компанией Second Sight, которое доступно в США, Европе и некоторых азиатских странах. Оно предназначено для людей, которые потеряли зрение из-за дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как пигментный ретинит и дегенерация желтого пятна.

В мире насчитывается более 300 пользователей Argus II, а производитель, Second Sight только что начал внедрять ORION, устройство, которое полностью пропускает взгляд и напрямую взаимодействует с зрительной корой.

Кроме того, ученые с нетерпением ожидают первых результатов от PRIMA - нового субретинального устройства, разработанного Стэнфордским университетом и коммерческой французской компанией Pixium Vision.

Еще около 30 устройств находятся в разработке по всему миру. В целом, в течение следующего десятилетия должно быть доступно большое разнообразие технологий восстановления зрения.

Как работают нынешние системы.

Идея состоит в том, чтобы заменить отсутствующие фоторецепторы микроэлектродной решеткой, которая имитирует их функциональность. Пользователи Argus II также носят очки со встроенной небольшой камерой, поэтому визуальный вход камеры может быть преобразован в серию электрических импульсов, которые имплантат подает на нервные контуры глаза.

Люди могут отличать свет от темного фона и видеть движение, но их зрение очень размыто. К сожалению, с современной технологией очень трудно имитировать нейронный код в глазу и зрительной коре, чтобы обмануть мозг, заставляя его думать, что он видит что-то значимое.

Цель ученых - перейти к электростимуляции и придумать код, который может интерпретировать визуальная система. Это требует как глубокого понимания лежащей в основе нейробиологии, так и технических навыков для разработки жизнеспособного решения в реальном времени.

Они придумали математические уравнения, которые описывают, как отдельные нейроны реагируют на электрическую стимуляцию. Также они выполняют простые психофизические эксперименты, например, просят пользователей Argus II нарисовать то, что они видят, когда они стимулируют разные электроды.

Затем ученые используют результаты этих экспериментов для разработки пакетов программного обеспечения, которые предсказывают, что люди должны видеть для любого конкретного образца электрической стимуляции, который может использоваться производителем устройства, чтобы сделать искусственное зрение, предоставляемое этими устройствами, более понятным для пользователя.

Будущее за бионическим (искусственным), а не за биомимическим (естественным) зрением?

Вместо того, чтобы фокусироваться на «естественном» зрении, ученые хотят создать «практическое» и «полезное» искусственное зрение. Они видят реальную возможность подключиться к существующим нервным схемам слепых и расширить их зрительные ощущения, подобно Google Glass или Microsoft HoloLens.

В настоящее время в этой области доминируют разные производители устройств, которые (по понятным причинам) защищают свою интеллектуальную собственность. Однако швейцарцы считают важным обеспечить нейтральный академический голос для продвижения инструментов и ресурсов, доступных для всех. 

Есть много клинических исследовательских групп, изучающих эффекты дегенеративных заболеваний, и несколько биомедицинских групп, разрабатывающих новые устройства. Но на самом деле никто не фокусируется на новых методах и алгоритмах для улучшения кода, с которым эти устройства взаимодействуют с самой визуальной системой человека.

Группа Байелера хочет объединить идеи нейробиологии с компьютерными науками и техникой для создания более интеллектуальных интерфейсов мозг-компьютер и придумать новые способы максимизировать практичность искусственного зрения.

Технология, позволяющая задействовать эту сложную схему, не за горами.