Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Порядка 40 млн слепых людей во всем мире нуждаются в технологиях, которые могут вернуть способность видеть. Однако до сих пор не существует доступного способа протезирования зрения

Мы привыкли ассоциировать зрение лишь с глазами. Однако помимо самих глазных яблок в процессе участвует зрительная кора головного мозга, которой мы фактически «видим», и нервные пути, которые соединяют глаза с мозгом. Практически на каждом этапе можно попытаться реализовать протезирование.

История создания зрительного протеза

Немецкий психолог Иоганн Пуркинье в 1823 году заинтересовался вопросами зрения и галлюцинаций, а также возможностью искусственной стимуляции зрительных образов. Принято считать, что именно он впервые описал зрительные вспышки — фосфены, которые он получил при проведении простого опыта c аккумулятором, пропуская через голову электрический ток и описывая свой визуальный опыт.

Спустя 130 лет, в 1956 году, австралийский ученый Дж. И. Тассикер запатентовал первый ретинальный имплант, который не давал какого-то полезного зрения, но показал, что можно искусственно вызывать зрительные сигналы.

Ретинальный имплант (имплант сетчатки) «вводит» визуальную информацию в сетчатку, электрически стимулируя выжившие нейроны сетчатки. Пока вызванные зрительные восприятия имели довольно низкое разрешение, но достаточное для распознавания простых объектов.

Но глазное протезирование долго тормозилось из-за технологических ограничений. Прошло очень много времени, прежде чем появились какие-то реальные разработки, которые смогли дать «полезное зрение», то есть зрение, которым человек мог бы воспользоваться. В 2019 году в мире насчитывалось около 50 активных проектов, фокусирующихся на протезировании зрения.

Первые ретинальные импланты

Пару лет назад на рынке было доступно три ретинальных импланта, которые прошли клинические испытания и были сертифицированы государственными регулирующими органами: европейским CE Mark и американским FDA.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Так выглядели первые ретинальные импланты ( DPG Media)

Бионические импланты — это целая система внешних и внутренних устройств.

IRIS II (Pixium Vision) и Argus II (Second Sight) имели внешние устройства (очки с видеокамерой и блок обработки видеосигнала).

Слепой человек смотрит при помощи камеры, с нее картинка направляется в процессор, где изображение обрабатывается и распадается на 60 пикселей (для системы Argus II).

Затем сигнал направляется через трансмиттер на электродную решетку, вживленную на сетчатке, и электрическим током стимулируются оставшиеся живые клетки.

В немецком импланте Alfa АMS (Retina Implant) нет внешних устройств, и человек видит своим собственным глазом. Имплант на 1600 электродов вживляется под сетчатку. Свет через глаз попадает на светочувствительные элементы и происходит стимуляция током. Питается имплант от подкожного магнитного коннектора.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Субретинальный имплантат Alpha AMS компании Retina Implant AG ( ResearchGate)

Все три ретинальных импланта больше не производятся, так как появилось новое поколение кортикальных протезов (для стимуляции коры головного мозга, а не сетчатки глаза). Однако хотя проектов по фундаментальным разработкам по улучшению ретинальных имплантов еще много, ни один из них не прошел клинические испытания:

  • Улучшенный имплант DRY AMD PRIMA компании Pixium с увеличением количества электродов для стимуляции большего количества клеток сетчатки проходит клинические испытания. Для участия в программе испытаний еще ищут пять кандидатов;
  • Retina Implant AG закрыли производство;
  • Second Sight проводят клинические испытания своего кортикального импланта, но в марте 2020 года компания уволила 80% сотрудников из эксплуатационно-производственного подразделения.

Тренды ретинальных имплантов: основные фундаментальные технологии

Ретинальные нанотрубки

Группа ученых из Китая (Shanghai Public Health Clinical Center) в 2018 году провела эксперимент на мышах, в ходе которого вместо не функционирующих фоторецепторов сетчатки предложила использовать нанотрубки. Преимущество этого проекта — маленький размер нанотрубок. Каждая из них может стимулировать только несколько клеток сетчатки.

Биопиксели

Группа ученых из Оксфорда стремится сделать протез максимально приближенным к естественной сетчатке. Биопиксели в проекте выполняют функцию, схожую с настоящими клетками. Они имеют оболочку из липидного слоя, в который встроены фоточувствительные белки. На них воздействуют кванты света и как в настоящих клетках изменяется электрический потенциал, возникает электрический сигнал.

Перовскитная искусственная сетчатка

Все предыдущие фундаментальные разработки направлены на стимулирование всех слоев живых клеток. При помощи технологии перовскитной искусственной сетчатки китайские ученые пытаются предоставить возможность не только получать световые ощущения, но и различать цвет за счет моделирования сигнала таким образом, чтобы он воспринимался мозгом как имеющий определенную цветность.

Фотогальваническая пленка Polyretina

В Polyretina используется маленькая пленка, покрытая слоем химического вещества, которое имеет свойство поглощать свет и конвертировать его в электрический сигнал. Пленка размещена на сферическом основании, чтобы можно было удобно разместить ее на глазном дне.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Фотогальванический имплант Polyretina ( Nature Communications)

  • Субретинальное введение полупроводникового полимера
  • Итальянские ученые предлагают технологию введения полупроводникового полимерного раствора под сетчатку, при помощи которого свет фиксируется и трансформируется в электрические сигналы.

Российский опыт ретинального протезирования

В России в 2017 году при поддержке фондов «Со-единение» и «Искусство, Наука и Спорт» было приобретено и установлено два ретинальных импланта Argus II американской компании Second Sight.

Это единственные операции по восстановлению зрения, которые были проведены в России за все время. Каждая операция вместе с реабилитацией стоила порядка 10 млн руб, а сама система имплантации для одного пациента — порядка $140 тыс.

Все прошло успешно, и два полностью слепых жителя Челябинска — Григорий (не видел 20 лет) и Антонина (не видела 10 лет) — получили предметное зрение. Предметное зрение означает, что человек может видеть очертания предметов — дверь, окно, тарелку — без деталей.

Читать и использовать смартфон они не могут. Оба пациента имели диагноз «пигментный ретинит» (куриная слепота).

На момент 2019 года в мире установлено около 350 имплантов, произведенных компанией Second Sight. Около 50 тысяч россиян нуждаются в подобном протезе сетчатки.

В России опытом в протезировании зрения может похвастаться лишь один проект — АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».

«Трендом в фундаментальных разработках бионических протезов является стремление сделать их максимально безопасными, приближенными к биологическим тканям людей и с максимально возможным разрешением.

Но настоящую революцию вызвали кортикальные импланты, и смысл в ретинальных имплантах пропал, так как они ставятся только при пигментном ретините и возрастной макулярной дегенерации при отсутствии ряда противопоказаний.

Кортикальные же импланты значительно расширяют горизонт показаний и позволяют восстанавливать полезное зрение даже людям, вовсе лишенным глаз», — рассказал Андрей Демчинский, к.м.н., руководитель медицинских проектов АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».

Кортикальные системы имплантации

Кортикальные протезы — это подгруппа визуальных нейропротезов, способных вызывать зрительные восприятия у слепых людей посредством прямой электрической стимуляции затылочной коры мозга, которая отвечает за распознавание изображений.

Этот подход может быть единственным доступным лечением слепоты, вызванной глаукомой, терминальной стадией пигментного ретинита, атрофией зрительного нерва, травмой сетчатки, зрительных нервов и т.п.

За последние пять лет ученые решили задачу создания такого внутрикортикального визуального нейропротеза, с помощью которого можно было бы восстановить ограниченное, но полезное зрение.

В 1968 году Г.С. Бридли и В.С. Левин провели первую операцию по установке кортикальных имплантов.

Первый имплант состоял из шапочки с коннекторами (устанавливали на череп под кожу) и отдельной дуги с электродами (устанавливали под череп), которые стимулировали кору головного мозга. Эксперимент был проведен на двух добровольцах для оценки возможности получения полезного зрения.

Позднее импланты были извлечены. Технология кортикальных имплантов была заморожена по причине провоцирования приступов эпилепсии при стимуляции большего количества клеток мозга.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Первый кортикальный имплант ( The Journal Of Physiology)

Кортикальный имплант Orion

Спустя 45 лет американский лидер разработки ретинальных имплантов Second Sight создал кортикальную протезную систему ORION.

В конце 2017 года Second Sight получили разрешение от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) на проведение клинических испытаний. До апреля 2018 года было установлено шесть устройств.

По результатам испытаний оказалось, что все пациенты ощущали зрительные стимулы, a у трех пациентов результаты были схожи с ретинальным имплантом Argus II и дали полезное предметное зрение. Клинические испытания будут проходить до июня 2023 года.

Обязательным условием установки импланта является наличие у пациента зрительного опыта, то есть он может использоваться только для людей со сформированной зрительной корой, которые родились зрячими и потеряли зрение.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Система кортикальной имплантации Orion компании Second Sight ( Prosthetic Body)

Кортикальный нейропротез CORTIVIS

Читайте также:  Снизилось зрение после лазерной коррекции ЛАСИК

Испанские ученые разработали кортикальный имплант под названием CORVITIS. Протез состоит из нескольких компонентов. Одна или две камеры обеспечивают получение изображения, которое затем обрабатывается биопроцессором, чтобы преобразовать визуальный образ в электрические сигналы.

На втором этапе информация сводится в серию изображений и передается по радиочастотной связи на имплантированное устройство. Этот радиочастотный блок обеспечивает беспроводную передачу питания и данных во внутреннюю систему.

Имплантированный электронный блок декодирует сигналы, определяет и контролирует форму напряжения и амплитуду формы волны, которая будет подаваться на соответствующие электроды. Клинические испытания на пяти пациентах завершатся в мае 2023 года.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Кортикальный имплант CORVITIS

  1. Интракортикальный зрительный протез (WFMA)
  2. Американские ученые разработали технологию многоканальной внутрикортикальной стимуляции с помощью беспроводных массивов металлических микроэлектродов и создали беспроводную плавающую микроэлектродную решетку (WFMA).

Система протеза состоит из группы миниатюрных беспроводных имплантируемых решеток-стимуляторов, которые могут передавать информацию об изображении, снятом на встроенную в очки видеокамеру, непосредственно в мозг человека.

Каждая решетка получает питание и цифровые команды по беспроводной связи, так что никакие провода или разъемы не пересекают кожу головы. Посылая команды в WFMA, изображения с камеры передаются непосредственно в мозг, создавая грубое предметное визуальное восприятие изображения.

Хотя восприятие не будет похоже на нормальное зрение, с его помощью человек может вести самостоятельную деятельность. Система ICVP получила одобрение FDA для проведения клинических испытаний.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Интракортикальный зрительный протез (WFMA) ( Chicago LightHouse)

Кортикальный протез NESTOR

Голландские ученые также разработали схожую технологию системы протезирования. Принцип функционирования протеза такой же, как в проектах выше. Камера отправляет сигнал на имплант, который состоит из тысяч электродов и смарт-чипа. С помощью процессора зрительное восприятие можно контролировать и регулировать.

«Хотя полное восстановление зрения пока кажется невозможным, кортикальные системы создают по-настоящему значимые визуальные восприятия, при помощи которых слепые люди могут распознавать, локализировать и брать предметы, а также ориентироваться в незнакомой среде.

Результат — в существенном повышении уровня жизни слепых и слабовидящих.

Такие вспомогательные устройства уже позволили тысячам глухих пациентов слышать звуки и приобретать языковые способности, и такая же надежда существует в области визуальной реабилитации», — обнадежил Андрей Демчинский.

Контуры будущего: как современные технологии возвращают зрение абсолютно слепым — ТАСС

«Когда я впервые увидел человека, подумал: «Как это так! Не может быть!» Снимаю очки — ничего не видно. Надеваю — человек передо мной стоит».

58-летний Григорий Ульянов из Челябинска стал первым в России пациентом, которому имплантировали бионический глаз. Операцию ему сделали летом прошлого года.

А в декабре в нашей стране была проведена вторая операция по имплантации уникального устройства — обладателем импланта стала землячка Григория Антонина Захарченко.

Теперь, чтобы видеть, им достаточно надеть устройство в виде очков, а дальше запускается процесс передачи изображения в мозг.

При создании устройства разработчики выбрали привычную форму очков, которая не привлекает внимание. Вся система состоит из внешних и внутренних элементов. Внешние устройства: микрокамера, которая находится в очках, и преобразователь размером с мобильный телефон, который крепится на поясе.

«Преобразователь переводит визуальное изображение в цифровую информацию, которая возвращается к очкам, — рассказал врач-офтальмолог, который провел уникальную операцию, Христо Тахчиди. — На боковой дужке очков находится антенна, которая с помощью радиоволн передает информацию на глазное яблоко».

Операция по внедрению в глаз внутренних элементов шла шесть часов. Сложность состояла в том, что за это время врачам необходимо было провести по сути несколько операций: замена хрусталика и стекловидного тела, затем установка на глазном яблоке всей конструкции.

«Условно говоря, это бандаж вокруг экватора глазного яблока, на который крепится микроантенна и микропреобразователь. Далее через микроразрез внутрь глаза имплантируется микрочип с микрокабелем.

Микрочип имплантируется на сетчатку и фиксируется», — продолжает Христо Тахчиди.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Вторая сложность заключалась собственно в формате — «микро». Одно неправильное движение грозит обернуться повреждением конструкции, а хрупкость деталей требует аккуратности и колоссального напряжения.

«В микрокабеле — 60 микроскопических проводков, идущих к такому же количеству электродов микрочипа, если вы этот кабель два-три раза перегнете, какое-то волокно надорвется, если пережмете пинцетом, можно перекусить несколько волокон.

Поэтому все манипуляции осуществляются с ограниченным количеством движений, а все инструменты обернуты в силиконовые трубочки», — рассказывает врач.

Впрочем, в Научно-исследовательском центре офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова провели операции с лучшим показателем, какой только мог быть. «Очень хорошим результатом считается, если при такой операции потеряны пять электродов, — отметил Христо Тахчиди. — У нас в обоих случаях — ноль. Конструкция оказалась в целом состоянии».

Бионический глаз способен вернуть зрение людям с тяжелой формой наследственного заболевания — пигментный ретинит, при котором зрение уходит с возрастом постепенно.

Первые проблемы со зрением Григорий Ульянов испытал в пять лет, ситуацию осложняло ухудшение слуха после перенесенного гриппа.

«О проблемах со зрением молчал, никому ничего про это не говорил, — вспоминает Григорий в интервью ТАСС. — А мой плохой слух окружающие сами заметили. Из-за него учился не очень успешно».

В итоге из ближайшей к башкирскому селу Месягутово школы подростка отправили в Уфу, в школу-интернат для слабослышащих.

С возрастом зрение продолжало ухудшаться. Григорию пришлось уйти с Челябинского тракторного завода. «Спустя несколько лет зрение упало еще сильнее — без трости уже не мог ходить. А в 1996–1997 году я окончательно ослеп», — рассказал Григорий.

История 57-летней Антонины Захарченко удивительно похожа на судьбу Григория — обучение в сельской школе, затем переход в интернат для слабослышащих, получение инвалидности и увольнение из детского садика из-за ухудшения зрения. В 2004 году Антонина ослепла полностью.

О том, что современные технологии возвращают зрение, женщина вместе с мужем узнала в интернете.

«В прошлом году прочитали, что людям делают операции на глазах, восстанавливают зрение, — рассказала Антонина. — Стали интересоваться и нашли, что можно подать заявку в Фонд поддержки слепоглухих «Со-единение». Нашу заявку приняли, мне предложили пройти обследование. Я согласилась. По итогам был ответ, что мне операцию делать можно».

Григорий о шансе снова начать видеть узнал от заместителя председателя Областной общественной организации слепоглухих «Эльвира» Натальи Залевской. «Она об этом прочитала где-то в интернете. Я сначала не понял, о чем вообще идет речь, — есть очки, которые надеваешь и видишь окружающий мир в черно-белом варианте», — вспоминает Григорий.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Антонина признается, что сомнений нужно ли проводить операцию не было. «Да, в то время мне еще было непонятно, что это такое, — рассказала она. — Но я совсем слепая, а хотелось бы видеть».

Спустя две недели после операции, когда воспаление спало и биологические процессы внутри глаза восстановились, врачи Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова впервые включили устройство, чтобы увидеть, как бионический глаз прижился у их пациентов.

«Первым предметом, который увидел, был контур человека. Видел контуры людей, которых было очень много, — вспоминает Григорий. — Постепенно стал видеть стаканы, ложки и многие другие предметы. Привык к новому зрению за два-три месяца. До операции я практически ничего не видел. После нее — стал различать предметы».

«Это только начало»

Сейчас имплантируемый в глаз модуль позволяет воспринимать мир только в черно-белом цвете в виде контуров. «Сам предмет выглядит как белое поле, а по краям у него все черное, — описывает Григорий. — Могу брать их в руки, к примеру, ручку, телефон… На улице вижу бордюры, ямы, контуры людей. Это намного лучше, чем не видеть вообще ничего».

«Первое, что увидела, были вспышки. Я подумала: «Наконец-то я хотя бы что-то вижу!» — вспоминает первые впечатления от использования бионического глаза Антонина Захарова. — Сейчас я дома очки надеваю и хожу в них. Пока у меня получается различать стены, двери, и видно, если кто-то идет навстречу».

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Пока что операции проводятся только при диагнозе пигментный ретинит и на определенной стадии заболевания — когда человек еще воспринимает свет, но уже не может определить его источник. Именно до такой стадии пигментный ретинит развился у Григория и Антонины.

Однако специалисты уверены: в ближайшем будущем технологии позволят людям с физической инвалидностью — со слепотой и глухотой — воспринимать мир почти так же, как воспринимают его здоровые люди.

Впрочем, бионический глаз, который имплантирован Григорию и Антонине, — это уже вторая модель ретинального импланта — Argus II c 60 электродами. Первая модель Argus I включала всего 30 электродов. Всего в мире проведено около 300 операций по имплантации бионического глаза.

Читайте также:  Устранение спаек радужки после иридоциклита

«Электроды — это как пиксели в компьютере, — популярно объясняет Христо Тахчиди. — Они отвечают за четкость изображения». Григорий Ульянов стал 41-м пациентом в мире с системой Argus II, Антонина — 56-м. Уже сейчас специалисты трудятся над созданием новой модели Argus III, которая будет передавать изображение по 200 электродам.

«Вспомните, каким был первый мобильный телефон или компьютер, — говорит Христо Периклович. — Однозначно, со временем устройство будет передавать цветное изображение.

Сейчас мы ответили на самый главный вопрос — можно ли с помощью современной электроники передать зрительную информацию в мозг.

Мы уже научились успешно это делать и хотим пойти дальше, сделать картинку цветной и четкой — максимально приближенной к привычным представлениям об окружающем мире. Это уже техническая задача ближайшего будущего».

Движение в направлении микромира

Впрочем, в начале даже Христо Тахчиди, выдающийся офтальмолог страны, ученик и преемник известного глазного микрохирурга Святослава Федорова, не сразу воспринял идею о бионическом глазе серьезно, прочитав о нем несколько лет назад в журнале.

«Изложение было непрофессиональным, неглубоким. Я посмотрел, и это не вызвало во мне какой-то уверенности, — вспоминает Христо Периклович. — Показалось, что это из разряда тех идей, которые вспыхивают и гаснут».

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Второй раз с бионическим глазом профессор столкнулся в 2015 году, уже когда трудился директором Научно-исследовательского центра офтальмологии ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова, руководителем научно-клинического отдела офтальмологии, когда получил приглашение от представителей компании-производителя бионического глаза Second Sight Medical на научную конференцию.

Первое подобное устройство, призванное вернуть зрение невидящим, разрабатывалось в Германии в конце ХХ века. Однако до клинической части дело тогда не дошло. А примененный на практике протез сетчатки Argus был изобретен американцем Марком Хумаюном.

«Съездив туда, пообщавшись с инженерами, которые создавали это устройство, я понял самую главную мысль: с помощью бионического глаза информация передается в мозг, и мозг эту искусственную информацию от микрокамеры воспринимает и реагирует на нее, — говорит врач. — Это самый главный вопрос в этой истории».

После этого на базе Научно-клинического центра оториноларингологии ФМБА России, где располагается НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова, и началась подготовка к уникальной операции.

«За это время центр тестировали, приезжали в клинику, смотрели оборудование, — рассказывает профессор Тахчиди. — Это штучная операция, поэтому фирма дает добро только высококлассным клиникам.

Сейчас в мире такие операции осуществляются в считанных клиниках и странах».

Изучением самой недоступной области глаза — сетчатки — Христо Тахчиди занимается с 1980-х годов и является одним из первых и ведущих специалистов в области витреоретинальной хирургии.

«Практически тысячу лет хирургия глаза развивалась только в переднем сегменте — то, что было доступно, и к чему можно подобраться, — говорит врач. — А вот проникнуть внутрь глаза, дойти до сетчатки и там манипулировать мы практически не умели до конца прошлого века».

Первые попытки дойти до сетчатки через небольшие разрезы глазного яблока относятся к 1960–1970 годам. Именно тогда начали делать первые шаги в освоении самой малоизученной области заднего сегмента глаза, появились элементы витреоретинальной хирургии.

«Первые приборы, которые позволяют измельчать стекловидное тело и удалять его полностью, витреотомы, у нас были самодельные, — рассказывает Христо Тахчиди.

— Конструировали их с инженерами разных оборонных заводов.

А конец века ознаменовался тем, что в масштабах мировой офтальмологии мы могли однозначно сказать, что занимаемся задним сегментом глаза и можем делать в нем самые примитивные манипуляции».

С появлением микропроколов — 0,75 мм, 0,5 мм — появились и новые возможности в хирургии глаза. И Тахчиди стал одним из первых хирургов, кто масштабно стал использовать эти технологии.

«Когда в 2010 году на европейском конгрессе витреоретинальных хирургов докладывали об операции, оказалось, что мы делаем больше 90% операций через прокол 0,5 мм, тогда как лучший показатель по Европе в среднем составлял 40%», — говорит врач.

А в 2010 году в России была проведена одна из первых операций в мире через прокол 0,3 мм.

«Прокол 0,3 мм дает минимальный по травматичности доступ к внутреннему содержимому глаза и к сетчатке. Первыми мы ее и попробовали. Но на самом деле и 0,3 — это не предел», — убежден профессор Тахчиди.

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

По его прогнозам, следующее поколение уже будет жить в другой системе медицинской помощи.

«На самом деле хирургия — это от нашего незнания, — уверен Христо Тахчиди. — Это специальность, которая должна постепенно съежиться.

Например, чтобы зашить межпредсердную перегородку, еще недавно надо было вскрыть грудную клетку, остановить сердце, подключить искусственное кровообращение, вскрыть сердце, залатать дырочку размером в сантиметр или пол, зашить сердце, зашить грудную клетку.

То есть огромное количество травм, чтобы зашить микроскопическую дырку. И месяцы реабилитации. Сейчас эта операция делается эндоваскулярно: через артерию с помощью зонда-манипулятора закрывают дефект межпредсердной перегородки, и через сутки человек свободен».

Уже сейчас в НИЦ офтальмологии РНИМУ им. Н.И. Пирогова  почти все операции проводятся без швов и без разрезов. «Мы работаем через микропроколы, и мы их не зашиваем.

Потому что организм умеет самостоятельно закрывать микродефекты за счет естественных механизмов. Таким образом, два элемента классической хирургии в офтальмологии уже отсутствуют — нет разреза и нет шва.

А это уже не классическая хирургия».

Специалист уверен, что на самом деле все операции можно делать через микроскопические проколы, а будущее нынешней хирургии — в переходе к работе на клетках. «Мы должны уйти в зону естественной реконструкции организма.

Мы должны работать так, как работает наш организм, который каждый день меняет тысячи клеток, и мы с вами этого не замечаем.

  Поэтому чем меньше хирург разрушает и чем целенаправленнее воздействуем на пул пораженных клеток, тем выше эффект, и сопутствующих проблем гораздо меньше.

Базовым элементом медицины будущего Христо Тахчиди, как ни странно, называет философию. «90% врачей считают, что они лечат больного, то есть они заменяют организм. На самом деле наша миссия — помогать организму пациента бороться с болезнью.

Если врач этого не понимает — это философская профессиональная драма. Мы вообще забыли философию. Все начинается с философии, понимания мира, взаимоотношений людей, социума, явлений природы, их взаимоотношений с людьми. Это фундамент человеческих знаний, к которому нам необходимо возвращаться.

В медицине основа — это медицинская философия».

Дарья Бурлакова, Александр Чирков 

Бионические глазные протезы как средство реабилитации при потере обоих глазных яблок

В настоящее время проблема создания устройств, реально помогающих людям без глаз самостоятельно ориентироваться в окружающей среде, далека от окончательного решения. Об этом, в частности, свидетельствует наличие у слепых тростей, а на улицах — светофоров, оборудованных звуковыми сигналами.

Причина такого положения дел лежит не в нехватке технических средств, способных анализировать обстановку в квартире или на улице, а в отсутствии эффективного способа передавать эту информацию пользователю. Устройства для анализа окружающей обстановки разработаны и применяются достаточно давно и успешно.

Примером может служить блок управления роботом-пылесосом или автопилот для автомобиля.

В то же время попытки использовать элементы таких устройств для «электронного зрения» оказываются безуспешными, независимо от того, получает ли слепой звуковой сигнал, тактильное воздействие на кожу или слизистую оболочку или даже фосфен с вживленного в кору головного мозга электрода.

Дело в том, что для передачи информации слепым может быть использован факт сохранения части зрительного анализатора при потере обоих глазных яблок.

В качестве примера можно привести аналогию протезирования при потере ног на оставшуюся небольшую культю бедра и гипотетические попытки обучить людей без ног перемещаться с помощью рук и дополнительных устройств.

Даже если при потере глазных яблок гибнет первый нейрон зрительного пути, участок зрительного нерва, расположенный рядом, то ядра третьей пары черепных нервов — nervus oculomotorius остаются неповрежденными, имеют связь с корой головного мозга и через соответствующие нервы могут осуществлять произвольное и непроизвольное движение глазной культи или имплантата в мышечной воронке и примыкающего к нему глазного протеза (рис. 1).

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Рис. 1. Повреждение части зрительного анализатора при потере глазных яблок.

Утраченные при потере глазных яблок элементы зрительного анализатора обозначены красными крестиками, а сохраненные — зелеными стрелками.

Читайте также:  Отмирает сетчатка глаза у пожилого человека

Хотя автору не удалось найти в литературе сведений о том, какую именно часть зрительной информации кора головного мозга получает от ядер глазодвигательных нервов, значимость этого факта не вызывает сомнений.

Уже давно установлено, что искусственно обездвиженный здоровый глаз как бы «слепнет» и зрение возвращается к нему только после возобновления движения [1]. Известно, что человек может слегка повернуть глазной протез в ту или иную сторону произвольно или непроизвольно, реагируя на какой-либо сигнал.

Указанная возможность широко используется для достижения максимального косметического эффекта в практике как нашей, так и большинства других лабораторий глазного протезирования.

Требования к устройству, которое позволило бы человеку, лишившемуся глаз, обходиться без посторонней помощи, также известны достаточно давно.

В существовавшей в СССР с 50-х годов прошлого века инструкции для определения инвалидности по зрению необходимость в посторонней помощи (1-я группа инвалидности) возникает, если человек имеет поле зрения лучшего глаза менее 10° и остроту зрения 0,03 и ниже [2].

При всех оговорках, указанные значения можно интерполировать как задание для проектирования устройств для слепых. В приведенном ниже расчете разрабатываемого нами устройства, которое можно называть «бионический глазной протез», показано, что в идеальном варианте, т.е.

при хорошем состоянии иннервации слизистой оболочки глазничной полости и подвижности протеза, можно приблизиться в пространстве к указанным ориентирам остроты и поля зрения.

Целью разработки является возможность использовать и постепенно тренировать сохранившуюся часть зрительного анализатора посредством регистрации активности глазодвигательных мышц для ориентирования в пространстве при отсутствии глазных яблок.

Разработанное устройство (патент Республики Беларусь №22998 от 27.03.20) состоит из следующих элементов: 1) видеокамера на очковой оправе и блок анализа информации (компьютер с передающими устройствами); 2) глазной протез, в который запаяны микросхемы и источник питания (рис. 2).

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Рис. 2. Устройство бионического глазного протеза.

Электроды для передачи информации выводятся с одной из микросхем на заднюю поверхность протеза и контактируют со слизистой оболочкой глазничной полости.

Большой «заземляющий» электрод, который никак не ощущается пациентом, выводится на переднюю поверхность протеза и контактирует со слизистой оболочкой верхнего или нижнего века (см. рис. 2).

Важнейшим элементом протеза является микросхема, выполняющая функции гироскопа и акселерометра, что позволяет регистрировать движения протеза с достаточно высокой скоростью.

Беспроводная двусторонняя связь между протезом и размещенным на оправе блоком управления может осуществляться по протоколам NFC или BlueTooth. В настоящее время мы отдаем предпочтение BlueTooth.

Принцип работы устройства. На первоначальном этапе мы ограничиваемся только анализом яркости фона и отдельных полей окружающей среды. Видеокамера имеет поле обзора 80—120°, из которых в каждый момент времени активным является только участок в 10°, находящийся в постоянном движении (рис. 3).

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Рис. 3. Схема изображения поля зрения видеокамеры.

1 — общее поле зрения видеокамеры; 2 — активный участок поля зрения видеокамеры; 3 — центр активного участка поля зрения; 4 — часть активного участка поля зрения, существенно отличающаяся по яркости.

Она регистрируется устройством как объект и вызывает импульсы на одном из электродов протеза; 5 — возможная траектория перемещения центра активного участка поля зрения, которая соответствует повороту оптической оси устройства.

При появлении объекта, существенно отличающегося по яркости от фона в ту или иную сторону (темнее или светлее фона), через соответствующий электрод на определенную часть слизистой оболочки, находящейся под протезом, подается краткосрочный электрический импульс.

Этот импульс вполне отчетливо ощущается пользователем как слабый укол и дает ему возможность определить, в каком направлении возник свет или тень.

Если пользователь переведет зрительную ось видеокамеры в сторону этого объекта, то повторный импульс будет передан в центре протеза.

Чувствительность слизистой оболочки глазничной полости (нижний абсолютный порог чувствительности [3]) определена нами в пределах 10—90 мкА (0,01—0,1 мА), что соответствует данным литературы [3].

То обстоятельство, что чувствительность слизистой оболочки глазничной полости и слизистой оболочки кончика языка примерно одинаковы, позволило нам изучать оптимальные режимы работы устройства на себе.

Оптимальный размер электрода составляет 1 мм2, а минимальное расстояние между ними, когда они воспринимаются по отдельности, составляет 4—5 мм. Соответственно на задней поверхности протеза можно разместить от 4 до 8 электродов.

Минимальное время подачи электрического импульса составляет 300 мс, а расстояние между импульсами (скважность) — 400 мс. При меньшем времени человек перестает воспринимать импульсы по отдельности и воспринимает их как постоянное «шипение»

Таким образом, продолжительность всего цикла будет составлять 700 мс.

Изменения «направления взгляда» бионического протеза. Имеющееся в устройстве программное обеспечение позволяет в режиме реального времени перемещать в любом направлении активную часть поля зрения видеокамеры, что может быть сравнено с изменением направления взора у человека.

Согласно данным литературы [1, 4], различают следующие виды движения глаз:

1. Скачок (саккада) — произвольное или непроизвольное движение глаз при перемене объекта фиксации или отслеживании подвижных объектов — около 20° за 0,01—0,02 с.

2. Непроизвольные движения глаз при фиксации взора на одном неподвижном объекте, когда испытуемый полагает, что его глаза неподвижны. Они включают три разных вида движений, из которых важнейшим является дрейф — плавное движение глаз со скоростью около 5 угловых минут в секунду (рис. 4, а).

Пересадка бионического глаза при инвалидности по зрению

Рис. 4. Сравнение траектории движения взора (дрейф) у человека и аналогичного движения зрительной оси устройства.

а — траектория движения зрительной оси здорового человеческого глаза при рассматривании неподвижных объектов (дрейф) по [1]; б — задаваемая устройству траектория движения центра активной части поля зрения видеокамеры.

По аналогии с движением человеческого глаза в нашем устройстве также имеются два вида изменения «направления взора» видеокамеры, что достигается перемещением активного участка поля зрения (см. рис. 3).

Движение, аналогичное вышеописанному скачку человеческого глаза, происходит при изменении положения протеза произвольно по желанию пользователя или непроизвольно при появлении каких-либо раздражителей.

Подвижность любого качественно изготовленного глазного протеза может достигать 20°, что примерно соответствует повороту живого глаза во время скачка.

Регистрация этих движений и отображение их через соответствующие импульсы на электродах дают возможность пользователю определить направление, а в отдельных случаях и размеры соседних с ним объектов.

Программное обеспечение устройства позволяет создавать относительно медленное изменение направления взора видеокамеры, аналогичное вышеописанному дрейфу в период неподвижности взора видеокамеры (отсутствия скачков; рис.

4, б). Данный вид движения генерируется автоматически и возникает независимо от наличия внешних раздражителей или желания пользователя.

Подобное движение может обеспечить увеличение разрешающей способности устройства примерно в 2—3 раза.

В лабораторных устройствах мы получили возможность для слепого регистрировать, например, направление источника света, светлого окна или темной двери в комнате либо проезжающего мимо автомобиля.

Предварительная оценка возможной эффективности устройства.

При наличии угла обзора (активной части поля зрения) видеокамеры в 10° и использовании на каждом протезе 8 активных электродов (в сумме 16) получается матрица из электродов 4×4.

Соответственно угловое расстояние между электродами составит 2,5°, или 150 угловых минут, что соответствует остроте зрения 0,0066. Использование «дрейфа» взора видеокамеры позволит увеличить разрешающую способность устройства до 0,01—0,018.

Возможность использования описываемых устройств для реабилитации лиц, потерявших оба глазных яблока, изменяет требования к проведению операции энуклеации [5].

Сохранение максимально хорошей иннервации слизистой оболочки даст возможность увеличить число работающих на протезе электродов и, соответственно, улучшить разрешающую способность устройства.

Необходимо максимально аккуратное проведение энуклеации для уменьшения рубцевания и, возможно, проведение микрохирургических операций по восстановлению иннервации и кровоснабжения слизистой оболочки глазничной полости. Необходимо также изучение влияния размеров и материала имплантата на состояние слизистой оболочки [6].

В нашем устройстве микросхема, фиксирующая направление, величину и скорость поворота глазного протеза, размещаются в самом глазном протезе, что утяжеляет его, а стремление сделать его максимально тонким препятствует размещению в нем антенны для бесконтактного получения электропитания и вынуждает использовать аккумуляторы.

Представленное устройство, создающее возможность локации для слепых с отсутствием глазных яблок, основанное на формировании обратной связи между видеокамерой и миорефлексом культи после энуклеации, позволяет улучшить их качество жизни. После проведения всех предусмотренных испытаний и регистрации устройства в установленном порядке возможно его использование по назначению.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *