Ο χρόνος δεν είναι φίλος του σώματός σας. Χρόνια θα φθείρουν το χρώμα των μαλλιών σας, θαμπάσουν την καταιγιστικότητα των αρθρώσεων σας, θα σβήσουν την ελαστικότητα του δέρματός σας. Μεταξύ αυτών των πολλών ηλικιών, όμως, ένα από τα χειρότερα είναι η πιθανή απώλεια της όρασης.
Η κύρια αιτία της απώλειας όρασης που σχετίζεται με την ηλικία είναι ο εκφυλισμός της ωχράς κηλίδας-μια ασθένεια που σιγά-σιγά τρώει μακριά στο κεντρικό όραμα, αφήνοντας μια θολή ή σκοτεινή τρύπα στη μέση του οπτικού σας πεδίου. Τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας εκτιμούν ότι μέχρι το 2020 σχεδόν τρία εκατομμύρια Αμερικανοί ηλικίας άνω των 40 ετών θα υποφέρουν από κάποιο στάδιο της νόσου. Αλλά η απώλεια όρασης δεν περιορίζεται στους ηλικιωμένους. Η αμφιβληστροειδίτιδα, μια γενετικά κληρονομική ασθένεια, πλήττει επίσης περίπου 1 στους 4.000 ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες - τόσο νέους όσο και ηλικιωμένους.
Οι ασθένειες στοχεύουν τους φωτοϋποδοχείς, οι οποίοι είναι τα κύτταρα σχήματος ράβδου και κώνου στο πίσω μέρος του ματιού. Αυτά τα κύτταρα μετατρέπουν το φως σε ένα ηλεκτρικό σήμα που ταξιδεύει στον εγκέφαλο μέσω του οπτικού νεύρου. Ο εκφυλισμός της ωχράς κηλίδας και η χρωστική ουσία αμφιβληστροειδοπάθειας καταστρέφουν τους φωτοϋποδοχείς. Στις πιο προχωρημένες μορφές της νόσου, πολλά καθήκοντα γίνονται σχεδόν αδύνατα χωρίς βοήθεια: ανάγνωση κειμένου, παρακολούθηση τηλεόρασης, οδήγηση αυτοκινήτου, ακόμη και αναγνώριση προσώπων.
Αν και οι επιπτώσεις είναι σοβαρές, δεν χάνονται όλες οι ελπίδες. Το υπόλοιπο των νευρώνων και των κυττάρων του αμφιβληστροειδούς που μεταδίδουν τα ηλεκτρικά σήματα παραμένουν συχνά ανέπαφα. Αυτό σημαίνει ότι αν οι επιστήμονες μπορούν να εξοπλίσουν μια συσκευή που μπορεί ουσιαστικά να μιμηθεί τη λειτουργία των ράβδων και των κώνων, το σώμα μπορεί ακόμα να επεξεργαστεί τα προκύπτοντα σήματα.
Ερευνητές και προγραμματιστές σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να κάνουν ακριβώς αυτό. Μια ομάδα στο Στάνφορντ χρησιμοποιεί μια μικρή και κομψή λύση: μικροσκοπικά εμφυτεύματα φωτοδιόδων, ένα κλάσμα από το πλάτος μιας τρίχας, που εισάγονται κάτω από το κατεστραμμένο τμήμα του αμφιβληστροειδούς.
"Λειτουργεί όπως οι ηλιακοί συλλέκτες στην οροφή σας, μετατρέποντας το φως σε ηλεκτρικό ρεύμα", λέει ο Daniel Palanker, καθηγητής οφθαλμολογίας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, σε ένα δελτίο τύπου για το έργο. "Αλλά αντί του ρεύματος που ρέει στο ψυγείο σας, ρέει στον αμφιβληστροειδή σας."
Το PRIMA αποτελείται από εμφυτεύματα αμφιβληστροειδούς, ένα ζευγάρι γυαλιά με βιντεοκάμερα και υπολογιστή τσέπης. (Εργαστήριο Daniel Palanker) Ονομάζεται PRIMA (φωτοβολταϊκό αμφιβληστροειδές IMplAnt), οι μικροί πίνακες συνδυάζονται με ένα σύνολο γυαλιών που διαθέτουν μια βιντεοκάμερα ενσωματωμένη στο κέντρο. Η κάμερα λαμβάνει φωτογραφίες από το περιβάλλον και μεταφέρει ασύρματα τις εικόνες σε υπολογιστή τσέπης για επεξεργασία. Στη συνέχεια, τα γυαλιά στέλνουν τις επεξεργασμένες εικόνες στα μάτια με τη μορφή παλμών εγγύς υπέρυθρου φωτός.
Η μικροσκοπική σειρά εμφυτευμάτων πυριτίου "ηλιακού πάνελ" - κάθε ένα περίπου 40 και 55 micron σε όλη την τελευταία επανάληψη του PRIMA - παίρνει το φως IR και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο στέλνεται μέσω του φυσικού δικτύου νευρώνων του σώματος και μετατρέπεται σε εικόνα στον εγκέφαλο.
Για να δοκιμάσουν τη συσκευή, η ομάδα εμφύτευσε τα μικροσκοπικά πάνελ PRIMA σε αρουραίους και έπειτα τους εκθέτει σε λάμψεις, μετρώντας την απόκριση τους με ηλεκτρόδια που εμφυτεύονται πάνω στον οπτικό φλοιό-το τμήμα του εγκεφάλου που επεξεργάζεται τις εικόνες. Χρησιμοποιώντας τα εμφυτεύματα των 70 μικρών που είχαν αναπτύξει εκείνη την περίοδο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αρουραίοι είχαν ορατότητα γύρω στο 20/250 - λίγο πάνω από την νομική τύφλωση στις ΗΠΑ, που είναι όραμα 20/200. Αυτό σημαίνει ότι ένα άτομο μπορεί να δει σε 20 πόδια ποιο πρόσωπο με τέλεια όραση μπορεί να δει σε 250 πόδια, καθιστώντας το μεγαλύτερο μέρος του περιβάλλοντός τους θολή.
"Αυτές οι μετρήσεις με εικονοστοιχεία 70 micron επιβεβαίωσαν τις ελπίδες μας ότι η προσθετική οπτική οξύτητα περιορίζεται από το pitch pixel [ή την απόσταση από το κέντρο ενός εικονοστοιχείου στο κέντρο του επόμενου εικονοστοιχείου] .Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να το βελτιώσουμε κάνοντας pixels μικρότερο, "Γράφει ο Palanker μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Έχουν ήδη αναπτύξει pixels τρία τέταρτα του μεγέθους. "Εργαζόμαστε τώρα σε ακόμη μικρότερα εικονοστοιχεία", γράφει.
Το PRIMA, φυσικά, δεν είναι η μόνη ομάδα που κυνηγάει αυτόν τον στόχο. Μια συσκευή που ονομάζεται Argus II από την εταιρεία Second Sight, μια εταιρεία με έδρα την Καλιφόρνια, έχει ήδη κυκλοφορήσει στην αγορά στις ΗΠΑ. Εγκρίθηκε το Φεβρουάριο του 2013 από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων για ασθενείς με σοβαρή αμφιβληστροειδίτιδα, η βασική ρύθμιση είναι παρόμοια με την PRIMA. Αλλά αντί για ένα ηλιακό πάνελ, το εμφύτευμα είναι ένα πλέγμα ηλεκτροδίων, το οποίο συνδέεται με μια ηλεκτρονική θήκη μεγέθους μπιζελιού και με εσωτερικές κεραίες. Μια κάμερα γυαλιών παίρνει μια εικόνα που επεξεργάζεται από ένα μικρό υπολογιστή και στη συνέχεια μεταδίδεται ασύρματα στο εμφύτευμα, το οποίο πυρκαγιά ηλεκτρικά σήματα για τη δημιουργία της εικόνας.
Αλλά υπάρχουν πολλά μειονεκτήματα σε αυτό το σύστημα. Τα ηλεκτρονικά του εμφυτεύματος είναι ογκώδη και οι κεραίες μπορούν να βιώσουν παρεμβολές από οικιακές συσκευές ή άλλα gadgets που εξαρτώνται από κεραίες, όπως τα κινητά τηλέφωνα. Η συσκευή έχει επίσης περιορισμένη ανάλυση, αποκαθιστώντας την όραση σε περίπου 20 / 1.260 χωρίς πρόσθετη επεξεργασία εικόνας. Λόγω αυτής της περιορισμένης ανάλυσης, ο FDA ενέκρινε μόνο τη χρήση του σε ασθενείς που είναι σχεδόν εντελώς τυφλοί.
"Η FDA δεν θέλει να διατρέξει τον κίνδυνο να βλάψει το όραμα σε ένα μάτι που έχει ήδη κάποια, διότι το μέγεθος της οπτικής αποκατάστασης είναι ελάχιστο", λέει ο William Freeman, διευθυντής του Retino Center του Jacobs στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας Σαν Ντιέγκο . "Μπορείτε να πάρετε λίγο, αλλά δεν είναι πολλά."
Πολλές άλλες τεχνολογίες βρίσκονται επίσης στο έργο. Μια γερμανική εταιρεία Retinal Implant AG χρησιμοποιεί ένα ψηφιακό τσιπ, παρόμοιο με αυτό που βρίσκεται σε μια φωτογραφική μηχανή. Ωστόσο, οι προκαταρκτικές δοκιμές για την τεχνολογία στους ανθρώπους ήταν μικτές. Ο Freeman είναι μέρος μιας άλλης εταιρείας, της Nanovision, η οποία απασχολεί εμφυτεύματα νανοσωματιδίων τα οποία είναι μόλις μεγαλύτερα από ένα μήκος κύματος φωτός. Παρόλο που λειτουργούν παρόμοια με τις φωτοδιόδους του PRIMA, ο Freeman λέει ότι έχουν τη δυνατότητα να είναι πιο ευαίσθητοι στο φως και θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους μελλοντικούς ασθενείς να δουν σε μια κλίμακα του γκρι - όχι μόνο ασπρόμαυρη. Η τεχνολογία εξακολουθεί να βρίσκεται σε δοκιμές σε ζώα για να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητά της.
"[Για] όλες αυτές τις τεχνολογίες, υπάρχουν περιορισμοί που είναι εγγενείς", λέει ο Grace L. Shen, διευθυντής του προγράμματος αμφιβληστροειδικών ασθενειών στο National Eye Institute. Αν και δεν ασχολείται άμεσα με την έρευνα προθέσεων, η Shen χρησιμεύει ως υπεύθυνος προγράμματος για μία από τις επιχορηγήσεις που υποστηρίζει το έργο του Palanker.
Το PRIMA αντιμετωπίζει μερικά από τα όρια των λύσεων που βασίζονται σε ηλεκτρόδια, όπως το Second Sight. Αν και οι εικόνες που παράγει είναι ακόμα ασπρόμαυρες, το PRIMA υπόσχεται υψηλότερη ανάλυση χωρίς την ανάγκη καλωδίων ή κεραίας. Και επειδή τα εμφυτεύματα είναι αρθρωτά, μπορούν να είναι πλακίδια για να ταιριάζουν σε κάθε ασθενή. "Μπορείτε να βάλετε όσα χρειάζεστε για να καλύψετε ένα μεγάλο οπτικό πεδίο", λέει ο Palanker.
Το Prima είναι επίσης ευκολότερο να εμφυτευτεί. Ένα τμήμα του αμφιβληστροειδούς αποσπάται με την έγχυση υγρού. Στη συνέχεια, μια κοίλη βελόνα που φορτώνεται με τα ηλιακά πάνελ, ουσιαστικά, χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση των πλαισίων στο μάτι.
Αλλά όπως συμβαίνει με όλες τις χειρουργικές επεμβάσεις, υπάρχουν κίνδυνοι, εξηγεί ο Jacque Duncan, οφθαλμίατρος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Φρανσίσκο, ο οποίος δεν συμμετείχε στην εργασία. Για τη χειρουργική επέμβαση PRIMA που απαιτείται από τους αμφιβληστροειδείς, οι κίνδυνοι αυτοί περιλαμβάνουν την αποκόλληση του αμφιβληστροειδούς, την αιμορραγία και τη δημιουργία ουλών. Υπάρχει επίσης η πιθανότητα, εάν η συσκευή δεν τοποθετηθεί σωστά, να προκαλέσει ζημιά στην παραμένουσα όραση.
Τούτου λεχθέντος, η λήψη του Duncan στη νέα συσκευή είναι θετική. "Νομίζω ότι αυτή είναι μια συναρπαστική εξέλιξη", λέει. "Η προσέγγιση PRIMA έχει πολλές δυνατότητες να παρέχει οπτική οξύτητα που μπορεί να συγκριθεί με, ή ακόμα και καλύτερα από, τη σημερινή εγκεκριμένη συσκευή Second Sight ARGUS II".
Όπως δήλωσε στο CBS ο Anthony Andreotolla, ασθενής με εμφύτευμα Argus II, το όραμά του είναι σίγουρα περιορισμένο: «Μπορώ να πω τη διαφορά μεταξύ ενός αυτοκινήτου ή ενός λεωφορείου ή ενός φορτηγού. Δεν μπορώ να σας πω τι κάνει το αυτοκίνητο είναι." Αλλά η προοπτική για περαιτέρω πρόοδο δίνει στους ασθενείς - συμπεριλαμβανομένης της Andreotolla, που πάσχει από αμφιβληστροειδίτιδα pigmentosa και έχασε όλο το όραμα από τη στιγμή που έφτασε στην ελπίδα του για το μέλλον.
Το PRIMA εξακολουθεί να έχει μακρύ δρόμο μπροστά πριν είναι έτοιμο για αγορά. Η ομάδα συνεργάζεται με το Pixium Vision της Γαλλίας και μαζί εργάζονται για την εμπορευματοποίηση. Ο Palanker και οι συν-εφευρέτες του κατέχουν δύο διπλώματα ευρεσιτεχνίας σχετικά με την τεχνολογία. Το επόμενο βήμα είναι οι δοκιμές σε ανθρώπους, το πρώτο από το οποίο μόλις εγκρίθηκε από τη γαλλική ρυθμιστική αρχή. Οι δοκιμές θα ξεκινήσουν μικρές, μόλις πέντε ασθενείς που θα μελετηθούν κατά τη διάρκεια των 36 μηνών. «Θέλουμε να δούμε ποια είναι τα κατώτατα όρια και τα χειρουργικά θέματα», λέει ο Palanker.
Αυτές οι δοκιμές θα χρησιμεύσουν ως αποδεικτικό στοιχείο για τη συσκευή, λέει ο Shen. "Μέχρι να το δοκιμάσουν πραγματικά στους ανθρώπους δεν θα μπορούσαμε να είμαστε σίγουροι ποια είναι τα οφέλη".
Η εικόνα στα δεξιά δείχνει μια διάταξη πλάτους 1 mm που εμφυτεύεται υποδόρια σε μάτι αρουραίου. Η εικόνα SEM επιδεικνύει μεγαλύτερη μεγέθυνση της συστοιχίας με εικονοστοιχεία 70 μπι τοποθετημένα στο επιθήλιο χρωστικής αμφιβληστροειδούς σε οφθαλμό χοίρου. Το έγχρωμο ένθετο στα αριστερά δείχνει ένα εικονοστοιχείο στον εξαγωνικό πίνακα. (Εργαστήριο Daniel Palanker) Αυτή τη στιγμή, εξηγεί η Shen, η οπτική διαύγεια που οι συσκευές μεταδίδουν δεν είναι αυτό που θεωρεί «σημαντικές οπτικές εικόνες». Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την καλύτερη κατανόηση των νευρικών οδών. "Αν έχετε απλά μια δέσμη καλωδίων, δεν κάνει ραδιόφωνο", λέει. "Πρέπει να έχετε σωστή την καλωδίωση".
Το ίδιο ισχύει και για το όραμα. δεν είναι ένα σύστημα plug-and-play. Με τη χαρτογράφηση ολόκληρου του νευρικού μονοπατιού, μόνο τότε οι ερευνητές ελπίζουν να δημιουργήσουν εντονότερες εικόνες χρησιμοποιώντας προσθετικές συσκευές, ίσως ακόμη και έγχρωμες εικόνες.
Ο Παλάνκερ συμφωνεί. "Χρησιμοποιώντας σωστά τα εναπομείναντα κυκλώματα του αμφιβληστροειδούς για να παράγετε απόδοση του αμφιβληστροειδούς όσο το δυνατόν πλησιέστερα στο φυσικό πρέπει να συμβάλλει στη βελτίωση της προσθετικής όρασης", γράφει σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο.
Υπάρχουν επίσης ασθένειες όρασης όπου πολλές από αυτές τις λύσεις δεν θα λειτουργήσουν, λέει ο Freeman. Η απώλεια όρασης από το γλαύκωμα είναι ένα παράδειγμα. "Τα εσωτερικά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς είναι νεκρά, οπότε ό, τι υποκινείτε, δεν υπάρχει σύνδεση με τον εγκέφαλο", λέει.
Όμως, υπάρχουν πάρα πολλοί ερευνητές από όλα τα πεδία, πιέζοντας τα όρια του τι είναι γνωστό - μηχανικοί, επιστήμονες υλικών, βιολόγοι και άλλοι. Παρόλο που μπορεί να χρειαστεί λίγος χρόνος, είναι πιθανό να έρθουν ακόμη περισσότερα. Όπως και με τα κινητά τηλέφωνα και τις κάμερες μας, λέει ο Shen, τα συστήματα έχουν γίνει ταχύτερα, πιο αποτελεσματικά και μικρότερα τις τελευταίες δεκαετίες. "Είμαι αισιόδοξος ότι δεν έχουμε φτάσει ακόμα στο όριο μας", προσθέτει.
Το κλειδί τώρα, Freeman λέει, διαχειρίζεται τις προσδοκίες. Από τη μια πλευρά, οι ερευνητές προσπαθούν να μην δώσουν στους ανθρώπους ψευδή ελπίδα. "Από την άλλη πλευρά, δεν θέλετε να πείτε στους ανθρώπους ότι αυτό είναι ένα απελπιστικό πράγμα", λέει. «Προσπαθούμε, και νομίζω ότι τελικά μια ή περισσότερες από αυτές τις προσεγγίσεις θα λειτουργήσουν».
