Новая микросхема вернет людям способность видеть

У слабовидящих и слепых людей появилась надежда обрести зрение. Физик Калифорнийского университета Алан Литке совместно с американской компанией Second Sight разработал микросхему, на базе которой создаются протезы сетчатки, по своим возможностям максимально приближенные к параметрам естественного зрительного восприятия. Новый чип может записывать сигналы или стимулировать их в отдель­ных клетках сетчатки тончайшего глазного механизма.

Сетчатка ответственна за пре­образование светового раздражения в нервное возбуждение и осуществление первичной обработки зрительного сигнала, поэтому сосудистые нарушения сетчатой оболочки являются одной из главных причин снижения остроты зрения и даже слепоты. К примеру, в США диабетическая ретинопатия (поражение мелких сосудов, питающих сетчатку) — наиболее частое глазное осложнение сахарного диабета, приводящее к слепоте более чем 32 тыс. американцев и ежегодно угрожающее резким снижением зрения 300 тыс. человек, больных диабетом. Каждый год более чем у 85 тыс. американцев возникают другие сосудистые заболевания сетчатки: ретинопатия недоношенных, при которой у преждевременно рожденных детей, получающих слишком много кислорода, в сетчатке нарушается развитие сосудов и разрастается фиброзная ткань; серповидноклеточная ретинопатия, характеризующаяся тромбозом сосудов сетчатки и кровоизлияниями в нее; тромбоз (закупорка) вен сетчатки, а также поражения сосудов, связанные с артериальной гипертонией и атеросклерозом. А возрастная деградация сетчатки, когда отмирает значительное количество светочувствительных клеток, и пигментоз, характеризующийся потерей периферийного зрения и так называемой куриной слепотой, сделали слабовидящими и слепыми миллионы людей во всем мире. Именно поэтому поиск средств, способных помочь самым безнадежным больным, — главная задача современной офтальмологии.

Один из первых имплантатов сетчатки, созданный все той же компанией Second Sight, представлял собой микросхему с набором электродов, соединенных с миниатюрной камерой, закрепленной снаружи. Имплантаты-первопроходцы, стимулирующие нервные клетки, позволили слепым различать свет и тьму. Однако схема всего с 16 электродами могла вернуть примитивное зрение, и то только в том случае, когда светочувствительные образования фоторецепторы были повреждены, но остались здоровыми ганглиозные клетки сетчатки, передающие сигнал в мозг через зрительный нерв. «Первое поколение имплантатов прошло апробацию еще 30 лет назад в Великобритании, — уточнил РБК daily нейрофизиолог Института высшей нерв­ной деятельности и нейрофизиологии РАН, доктор биологических наук, академик РАН Игорь Шевелев. — Группа ученых под руководством Джилсона Бридли впервые имплантировала платиновый диск со 180 игольчатыми электродами, стимулирующими нервные окончания, в зрительную кору мозга.

Поначалу пациенты могли самостоятельно передвигаться и что-то видеть, но со временем отдельные электроды выходили из строя и в картинке образовывались пробелы. Она просто исчезала по частям».

Надо отметить, что причинами неудачи внедрения имплантатов прошлого поколения послужили сразу несколько факторов. Во-первых, слишком большой размер одного электрода стимулировал не одну, а десятки клеток, что сводило на нет все попытки добиться высокого качества визуальных образов. Во-вторых, большие электроды на маленькой площади перегревали глаз. «Основной сложностью протезирования является воспроизведение «пути» от глаза к мозгу, — добавляет хирург-офтальмолог, доктор медицинских наук, профессор Московской медицинской академии им. И.И. Сеченова Екатерина Луцевич. — Ведь соединить периферийную часть (глаз) и центральную (мозг) очень сложно. Но в принципе отдаленные перспективы создания подобного протеза есть, причем он может располагаться и вне глаза, не нарушая и без того поврежденный орган».

В настоящее время клинические испытания проходят имплантаты с 60 элект­родами, позволяющие слепым пациентам видеть дверные проемы и даже лица, правда, достаточно размыто. Следующей на очереди станет 200-электродная схема-имплантат, которая значительно улучшит качество картинки. Но суперпроектом Литке, который пока находится на стадии лабораторных испытаний, является имплантат с 512 электродами. «Конечно, техническое продвижение в медицине — это всегда хорошо, — прокомментировал Игорь Шевелев. — Однако не надо забывать, что путь от создания микросхемы до протеза, который бы прижился и эффективно работал, очень долог. Вся сложность офтальмологического протезирования состоит в том, чтобы обеспечить совместимость протеза с биологическими тканями и наладить бесперебойное и четкое поступление сигнала на сетчатку глаза и кору мозга».

Однако, несмотря на все препятствия, американские исследователи уже решили одну проблему, связанную с громоздкостью электродов. В новом чипе их размер вполне соизмерим с размером одной клетки и равен 5 микрометрам, что позволит добиться эффекта естественной картинки. Пока же новый чип используется для изучения «языка» сетчатки, работа которой напоминает сжатие информации в компьютерной фото- и видеосъемке. Именно расшифровкой этого принципа сжатия, который ляжет в основу дальнейших разработок, заняты сейчас Алан Литке и специалисты компании Second Sight. Ученые полагают, что на решение оставшихся проблем и эксперименты уйдет не менее пяти лет. Но, несмотря на это, исследователи уверены, что темпы развития офтальмологического протезирования в скором будущем позволят вернуть слепым людям способность видеть все краски этого мира.