Техника-молодежи №2 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

Миллионы полностью слепых людей с необратимыми изменениями в сетчатке глaза и зрительном нерве, или имеющих только остаточное зрение, мечтают о возможности восстановить его хотя бы частично, увидеть окружающий мир и наслаждаться этим Божьим даром! И их число, к сожалению, растет из года в год, поскольку современные условия жизни - сложная экологическая обстановка, невиданные темпы компьютеризации и информатизации общества - предъявляют новые, повышенные требования к нашему зрению. Особенно это сказывается на детях и подростках, стимулируя рост и прогрессирование ряда тяжелых глазных заболеваний, приводящих к необратимым повреждениям структур сетчатки глаза и зрительного нерва (пигментные дегенерации сетчатки, атрофия центральной области глазного дна, глаукома и некоторые другие). Подобные,очень серьезные,повреждения нервных структур внутри глаза могут стать, также, и следствием общих заболеваний организма - гипертонии, атеросклероза, диабета...

СКОРАЯ ПОБЕДА НАД СЛЕПОТОЙ

За последние годы произошел серьезный прорыв в деле борьбы со слепотой - впервые удалось осуществить имплантацию особого микроэлектронного устройства (чипа с фотодиодами) внутрь глаза, что открывает принципиально новые возможности замены погибших светочувствительных элементов сетчатки глаза (фоторецепторов) нейропротезом и восстановления утраченного зрения. Такая работа выполнена недавно группой специалистов в Германии; с другой стороны, исследования в этом же направлении были осуществлены и у нас.

По немецкой технологии микрофотодиоды (1) помещаются ВНУТРЬ сетчатки (2), между слоями биполярных клеток (3) и пигментными (4). На рисунке также обозначены: 5 - слой ганглиозных клеток; 6 - ретина; 7 - глазное яблоко; 8 - хрусталик; 9 - свет.

Прежде всего, необходимо указать, что электронные нейропротезы давно и успешно применяются в другой сенсорной сфере - слухе. Кохлеарные (cokhlea - улитка, т.е. введенные в слуховой орган внутреннего уха) имплантанты обеспечивают восстановление - в определенных пределах - слуха у человека. Применение такого метода для органов зрения гораздо сложнее: в сетчатке глаза обработка зрительной информации происходит во многих миллионах рецепторов и нейронов, трансформирующих свет в нервные импульсы, передающиеся далее по волокнам зрительного нерва в соответствующие центры коры головного мозга. Все предыдущие попытки вызвать у слепых появление световых ощущений (фосфенов) путем непосредственной электрической стимуляции коры головного мозга с хронически вживленными единичными электродами или во время нейрохирургических операций не давали ощутимых результатов - требовались гораздо более тонкие методики, адекватные микроуровню зрительных процессов. И только возможности современной электроники позволили обеспечить необходимые исследования и практические разработки.

Большая группа немецких специалистов во главе с профессором Эбергардом Цреннером, руководителем глазной клиники университета г. Тюбингера, включающая офтальмологов, анатомов, физиологов, инженеров из Штутгартского института физической электроники, сумела создать и вживить в глаза кроликов и крыс специальный диск диаметром 3 мм, содержащий 7600 микрофотодиодов (толщиной 50 мкм каждый). На нем же смонтированы микроэлектроды для стимуляции ретиновых клеток (т.е. фоторецепторов сетчатки).

Такой электронный чип вживляется в сетчатку глаза, перед ее пигментарным слоем. Фотодиоды вырабатывают электрический ток, больший в более освещенной точке, возбуждающий соответствующие нервные волокна. Послеоперационные исследования (на кроликах) показали биосовместимость имплантанта с тканями глаза.

Функциональные свойства глаза прослеживались по электроретинограмме (биоэлектрическому ответу сетчатки - ретины - на освещение), проявлявшейся в зоне имплантанта даже под действием инфракрасного излучения - благодаря чувствительности фотодиодов и к этой области спектра.

В специальной, особо интересной серии опытов, уже на изолированной сетчатке глаза цыпленка, немецкие исследователи вообще разрушали слой фоторецепторов глаза, заменив его фотодиодным диском. Получившийся «сэндвич» из сетчатки и диска оказался работоспособным, подтвердив возможность замены поврежденных или утраченных участков сетчатки.

Принципиальная схема устройства электрокожного зрения. Изображение объекта (1) через объектив (2) попадает на оптико-электрическую матрицу (3), в которой преобразуется в электрические сигналы. Они передаются на микроэлектроды (4), возбуждающие участки кожи (5) пропорционально засветке соответствующих элементов матрицы.

Но насколько равноценна замена биологических фоторецепторов полупроводниковыми устройствами? Ответ на этот вопрос дали наши исследования, проводившиеся в Лаборатории зрительной рецепции Академии наук Армении (Ереван), а позднее - в Центре зрительной профилактики и спортивного зрения при Всероссийском НИИ физической культуры и спорта (Москва). В совместных с физиками исследованиях на изолированных сетчатках глаза животных и человека было впервые установлено, что живые биологические фоторецепторы проявляют фотополупроводниковые свойства и обнаруживают фотопроводимость. То есть, несмотря на глубокое различие между твердотельными техническими полупроводниками и жидкостными, по существу, биоструктурами, электрофизически они идентичны. Об этих результатах мы сообщили еще в 1997 г. на международных конференциях в Монпелье (Франция) и Варшаве (Польша).

Итак, сделаны новые, важнейшие шаги на пути борьбы со слепотой. Правда, пока успешные эксперименты проведены на животных, но острота проблемы говорит за то, что и первых результатов восстановления зрения у слепых и слабовидящих людей ждать недолго.

Весьма вероятно, что такие операции будут делаться и абсолютно здоровым людям. Ведь наши, биологические, фоторецепторы не воспринимают, например, инфракрасное (тепловое) излучение. Введение в сетчатку матриц фотодиодов с чувствительностью в требуемых диапазонах существенно расширит природные возможности человека, который сможет видеть в абсолютной темноте или обнаруживать неощущаемые пока, но смертельно опасные излучения.

А что делать, если глаза повреждены более глубоко, или имплантация невозможна по медицинским причинам? Еще в начале 70-х мной была подана заявка на изобретение «Фотоэлектрическое устройство, заменяющее зрение для слепых» (зарегистрирована за № 1768223/31-16 от 27 марта 1972 г.). Тогда она осталась неутвержденной, да и технический уровень позволил бы в то время создать предлагаемое устройство размером с... кресло. Но прошли годы.

Сегодня мы работаем над оптикоэлектронной системой, которая будет превращать изображение в «электрический образ», воспринимаемый... кожей человека. Современные достижения микроэлектроники, в частности - использование матриц ПЗС (приборы с зарядовой связью), позволяют говорить уже о компактных аппаратах, ненамного больше слуховых. И пусть не вызывает сомнений «информационная пропускная способность» человеческой кожи - мы и сами не знаем, насколько чувствительна наша внешняя оболочка! Оказалось, например, что передаваемый на нее электрический образ изображения может быть не просто черно-белым, но и с серыми тонами: кожа различает 4 уровня электрического раздражения (естественно, абсолютно безопасного).

И, опять-таки, видеодатчик такой системы может реагировать не только на видимый свет, но и на ИК или УФ-диапазон. Более того, на «электрокожное видение» можно вывести, например, сигналы радио- или ультразвукового локатора. Тогда. уже без всяких операций (но, конечно, при определенной тренировке), любой человек сможет поспорить с прославленными экстрасенсами, например - с Розой Кулешовой, о которой неоднократно писала «ТМ»!

Грант ДЕМИРЧОГЛЯН,
профессор,
член-корреспондент РАЕН,
член Европейской
ассоциации зрения
и
офтальмологии

на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу