Studie könnte dazu beitragen, Netzhaut- Prothesen zu verbessern

In Labortests haben Forscher elektrischen Stimulation von Netzhautzellenverwendet werden, um die gleichen Muster von Aktivität, wenn die Netzhaut sieht ein sich bewegendes Objekt auftreten herzustellen. Obwohl mehr Arbeit bleibt , ist dies ein Schritt zur Wiederherstellung der natürlichen , High-Fidelity- Vision blinde Menschen , sagen die Forscher. Die Arbeit wurde zum Teil durch die National Institutes of Health.

Noch vor 20 Jahren bionische Vision war eher ein Science-Fiction- Klischee als eine realistische medizinische Ziel . Aber in den letzten Jahren hat sich die erste künstliche Vision-Technologie auf dem Markt in den Vereinigten Staaten und Westeuropa kommen , so dass Menschen, die durch Retinitis Pigmentosa erblindet haben , einen Teil ihrer wieder sehend . Während bemerkenswert, hat die Technologie ihre Grenzen. Es hat Menschen aktivieren, damit Sie durch eine Tür zu navigieren und sogar lesen Schlagzeile großen Buchstaben , aber nicht zu fahren, Joggen auf der Straße oder in einen geliebten Menschen ins Gesicht.

Ein Team der Universität Stanford in Kalifornien arbeitet daran, die Technologie , indem sie auf bestimmte Zellen in der Netzhaut zu verbessern - das Nervengewebe im hinteren Teil des Auges , die Licht in elektrische Aktivität umwandelt.


Chichilnisky und Kollegen verwendeten eine Elektrodenanordnung zur Aufzeichnung Aktivität von retinalen Ganglienzellen ( gelb und blau) und ihn wieder zu ihnen , Reproduktion Reaktionen der Zellen auf visuelle Stimulation .
Bildnachweis: EJ Chichilnisky , der Stanford University .

" Wir haben festgestellt , dass wir natürliche Aktivitätsmuster in der Netzhaut mit exquisiten Genauigkeit zu reproduzieren ", sagte EJ Chichilnisky , Ph.D., Professor für Neurochirurgie an der Stanford University School of Medicine und Hansen Experimental Physics Laboratory . Die Studie wurde in Neuron veröffentlicht und wurde teilweise durch NIH National Eye Institute (NEI ) und National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering ( NIBIB ) gefördert.

Die Netzhaut enthält mehrere Zellschichten . Die erste Schicht enthält Sehzellen , die Licht detektieren und wandeln sie in elektrische Signale um. Retinitis pigmentosa und mehrere andere Erblindung sind durch einen Verlust dieser Zellen verursacht . Die Strategie hinter viele bionische Netzhaut oder Retina- Prothesen , ist es, den Bedarf an Photorezeptoren umgehen und stimulieren die retinalen Ganglienzellschicht, die letzte Station in der Netzhaut vor der visuellen Signale an das Gehirn gesendet .

Verschiedene Arten von Netzhautprothesensind in der Entwicklung . Das Argus II , der von Second Sight Therapeutics mit mehr als 25 Millionen US-Dollar Unterstützung von NEI entwickelt wurde, ist die beste dieser Geräte bekannt. In den Vereinigten Staaten wurde für die Behandlung von Retinitis pigmentosa im Jahr 2013 genehmigt , und es ist ab sofort in einer begrenzten Anzahl von medizinischen Zentren im ganzen Land. Es besteht aus einer Kamera , die auf einem Paar von Schutzbrillen , die Funksignale an ein Netz von Elektroden, die auf die Netzhaut implantiert trägt montiert . Die Elektroden stimulieren retinalen Ganglienzellen und geben der Person eine grobe Gefühl dafür, was die Kamera sieht , einschließlich Veränderungen in Licht und Kontrast , Kanten und grobe Formen.

" Es ist sehr aufregend für jemanden, der alles für 20-30 Jahren nicht gesehen haben kann . Es ist eine große Sache. Auf der anderen Seite , es ist ein langer Weg von Naturvision", sagte Dr. Chichilnisky , die nicht in der Entwicklung von der beteiligt war Argus II .

Stand der Technik nicht genug Spezifität oder Präzision an Naturvisionreproduzieren , sagte er. Obwohl im Gehirn viel von der visuellen Verarbeitung auftritt, wird ein Teil der Verarbeitung von retinalen Ganglienzellen durchgeführt. Es gibt 1-1.500.000 retinalen Ganglionzellen in der Retina , in mindestens 20 Sorten. Naturvision- einschließlich der Fähigkeit, Informationen in Form, Farbe, Tiefe und Bewegung zu sehen - erfordert die Aktivierung der richtigen Zellen zum richtigen Zeitpunkt .

Die neue Studie zeigt , dass gemusterten elektrische Stimulation kann genau das in isolierten Netzhautgewebe zu tun. Der federführende Autor war Lauren Jepson , Ph.D., ein Postdoctoral Fellow in Dr. Chichilnisky ehemaligen Labor am Salk Institute in La Jolla, Kalifornien war . Das Paar arbeitete mit Forschern an der University of California, San Diego, der Santa Cruz Institut für Teilchenphysik und der AGH University of Science and Technology in Krakau, Polen .

Sie konzentrierten sich die Anstrengungen auf eine Art von retinalen Ganglienzellen , den Sonnenschirm Zellen. Diese Zellen sind bekannt wichtig zur Erfassung der Bewegung ist, und die Richtung und Geschwindigkeit , in einer visuellen Szene . Wenn ein sich bewegendes Objekt durch Sichtraumgelangt , werden die Zellen in Wellen über die Netzhaut aktiviert.

Die Forscher angeordnete Flecken auf der Netzhaut auf einem 61 - Elektrodengitter . Dann schickten sie Impulse an jede der Elektroden und hörte für Zellen zu reagieren , fast wie Sonar. Dies ermöglichte ihnen, Sonnenschirm -Zellen, die unterschiedliche Antworten von anderen retinalen Ganglienzellen zu identifizieren . Außerdem wurde die Höhe der Stimulation erforderlich ist, um jeder der Zellen zu aktivieren. Anschließend erfasst die Forscher Antworten der Zellen , um ein einfaches Bild bewegten - ein weißer Balken vorbei über einem grauen Hintergrund . Schließlich können sie elektrisch stimuliert die Zellen in demselben Muster , um den erforderlichen Festigkeiten . Sie waren in der Lage, die gleichen Wellen Schirm Zellaktivität , daß sie mit dem sich bewegenden Bild beobachtet reproduzieren.

" Es ist ein langer Weg , um zwischen diesen Ergebnissen und Herstellung einer Vorrichtung , die aussagekräftige , gemusterten Aktivität über einen großen Bereich der Netzhaut in einem menschlichen Patienten produziert ", sagte Dr. Chichilnisky . "Aber wenn wir die vielen technischen Hürden voraus umgehen , können wir in der Lage, mit dem Nervensystem in seiner eigenen Sprache zu sprechen, und seine normale Funktion genau zu reproduzieren. "

Solche Fortschritte könnte dazu beitragen, dass künstliche Vision näher, und könnte auf andere Arten von Prothesen, zu , wie sie angewendet untersucht, um zu helfen gelähmte Menschen wieder Bewegung werden. NEI unterstützt viele andere Projekte zu Netzhautprothesen ausgerichtet.

" Netzhautprothesensind äußerst viel versprechend , aber diese Forschung ist ein Marathon , kein Sprint ", sagte Thomas Greenwell , Ph.D., Programm-Direktor in der Netzhaut Neurowissenschaften bei NEI . "Diese wichtige Studie hilft illustrieren die Aufgaben der Wiederherstellung hochwertiges Vision , Fortschritt einer Gruppe auf dieses Ziel hin , und die anhaltende Notwendigkeit, für den gesamten Bereich zu erneuern zu halten . "