Имплантация сетчатки

Как все начиналось

История
В 1978 году американский ученый Билл Добель показал принципиальную возможность восстановления утраченного зрения путем электрической стимуляции головного мозга. Для формирования изображения он использовал видеокамеру. Затем картинка трансформировалась в электрический сигнал и передавалась на зрительную кору. Во время работы этого устройства слепой пациент не только видел вспышки света, но и различал крупные буквы.
А вот группа американских исследователей под руководством Марка Хумаюна пошла другим путем. Для получения зрительного образа было решено стимулировать сохранные клетки сетчатки. Это привело к созданию первого зрительного импланта Argus.
Первая операция по его имплантации была проведена в 1999 году. А в 2013 году устройство Argus II получило разрешение FDA для коммерческого использования. На сегодняшний день его носят более 350 пациентов, двое из которых россияне.

Существует ряд заболеваний, связанных с изменением работы или повреждением сетчатки и приводящих к полной потере зрения. Среди них:
Пигментный ретинит,или пигментная дистрофия сетчатки – наследственное заболевание человека, характеризующееся разрушением палочек (в первую очередь) и колбочек в сетчатке с замещением их глиальной и фибриллярной тканью. Поражение глаз, как правило, двустороннее. Возможна полная потеря зрения. Некрозы рецепторных клеток происходят из-за нарушения в сосудистой оболочке глаза
Макулярная дегенерация (MD), или макулодистрофия – дегенеративное поражение центральной области сетчатки, которое является причиной ухудшения центрального зрения. В начале заболевания отмечается постепенное снижение зрения, появляются выпадения поля зрения в виде мелких пятен (например, выпадают некоторые буквы при чтении); могут искривляться прямые линии. Позднее снижается зрение вдаль и вблизи, человек не может выполнять привычную зрительную работу.

Виды имплантации сетчатки
Эпиретинальная
В эпиретинальной технологии электроды размещаются над сетчаткой и стимулируют ганглиозные клетки.
Субретинальная
Субретинальная технология предполагает размещение электродов между пигментным слоем и рецепторами

Эпиретинальные импланты
Система Argus, разработанная американской компанией Second Sight, является самым первым имплантируемым в глаз протезом, который стал применяться для частичного восстановления зрения у людей, страдающих тяжелой формой пигментного ретинита. Кроме того, этот имплантат тестировался для применения у людей с более часто встречающимся заболеванием - возрастной макулярной дистрофией. Argus - эпиретинальная система, т.е. имплантат помещается поверх сетчатки. Впервые это устройство было имплантировано человеку в 2006 году. Сегодня компания использует вторую версию этого протеза - Argus II, который уже имеет разрешение на использование от европейских (2011 г.) и американских (2013 г.) регуляторов отрасли здравоохранения

Argus II
Это устройство использует камеру, интегрированную в очки, и имплантат, располагающийся частично вокруг глаза и частично на поверхности сетчатки. Argus II пока что позволяет человеку видеть только тени и очертания фигур. При этом все, что видит камера, преобразуется в электрические сигналы, которые беспроводным образом транслируются в имплантат. В свою очередь имплантированный чип стимулирует клетки сетчатки, заставляя их отправлять полученную информацию в оптический нерв и дальше для обработки в зрительную кору головного мозга.
Сама операция имплантации длится порядка пяти часов и через две недели пациент надевает очки, чтобы начать учиться использовать Argus II.

Достоинства бионического глаза:
Обеспечивает возможность ориентироваться в пространстве
Некоторые пользователи получают возможность читать большие буквы и самостоятельно передвигаться в городе.
Недостатки устройства:
В сущности, человек не получает нормального зрения и это связано с тем, что данная версия импланта имеет только 60 электродов, а для того, чтобы видеть хорошо, необходимы примерно 1 млн электродов
Не обеспечивает возможность различать цвета
Высокая стоимость
Относительно громоздкие очки

IRIS II (Pixium Vision, Франция)
Система бионического зрения IRIS II, предназначенная для людей, потерявших зрение вследствие пигментного ретинита, использует камеру, встроенную в специальные очки, и состоящий из 150 электродов эпиретинальный имплант, устанавливаемый на сетчатке

Принцип работы устройства основан на том, что изображение улавливается камерой, затем попадает в миниатюрный компьютер, подключенный к очкам проводом, где обрабатывается и по беспроводному каналу передается на имплантат. Имплантат с помощью электродов стимулирует зрительный нерв, позволяя пользователю различать черный и белый цвет, а также около десяти оттенков серого цвета. Камера в очках имеет независимые пиксели, которые непрерывно распознают изменения в окружающей среде. В сущности, система работает как матрица клеток-фоторецепторов, которые она заменяет, обеспечивая людей базовыми возможностями зрения, которого без этого устройства они не имели

Достоинства бионического глаза:
Более высокая разрешающая способность, чем у Argus II (в 2,5 раза)
Обеспечивает возможность человеку видеть свет и ориентироваться
После длительного использования позволяет различать лица и читать крупные буквы
Внешняя электроника также позволяет иметь полный контроль над обработкой изображений и даже адаптировать обработку для каждого пациента
Недостатки:
Относительная непродолжительность работы имплантата, что со временем требует его замены
Необходимость внешнего устройства, которое достаточно громоздкое
Проводная связь с управляющим блоком
Высокая стоимость операции и устройства
Не позволяет различать цвета
Сложная операция, связанная с риском для здоровья

Субретинальные импланты
Alpha IMS (Retina Implant AG, Германия)
Субретинальные импланты располагаются между слоем фоторецепторов и ретинальным пигментным эпителием. Данные устройства стимулируют в первую очередь клетки сетчатки, находящиеся со стороны фоторецепторов, что, как полагают разработчики, должно формировать более естественный поток импульсов в головной мозг.

Достоинства устройства:
Относительно высокая разрешающая способность
Для получения изображения устройство использует оптический аппарат глаза
Обеспечивается возможности узнавать лица людей, очертания фигур, распознавать различные объекты
Простота устройства по сравнению с эпиретинальными системами
Более простая фиксация имплантата из-за ограниченности субретинального пространства и давления на устройство, которое создает пигментный эпителий
Недостатки:
Необходимость внешнего питания, закрепляемого под кожей на голове.
Во время испытаний были зафиксированы отказы устройства, требующие повторной операции
Отсутствие цветового зрения
Ограничение по размеру вследствие небольшого объема субретинального пространства
Возможность повреждения сетчатки из-за выделения тепла имплантатом

Бионический глаз состоит из небольшой цифровой камеры, закрепленной на очках, внешнего процессора и имплантата (микрочип и стимулирующие электроды). Передача информации на имплантат осуществляется беспроводным способом. На сегодняшний день разработаны три версии устройства: прототип с 44 электродами, вариант с широким полем зрения и 98 электродами, и самый продвинутый с 256 электродами. Размер самого современного имплантата - 5 х 5 мм. В дальнейшем разработчики планируют испытать версию с 1024 электродами, которая представляет собой матрицу из четырех 256-электродных чипов. Это должно позволить пользователю различать лица и читать.
Cупрахориоидальный имплантат
Bionic Vision (Bionic Vision, Австралия)

Недостатки:
Необходимость внешнего питания, закрепляемого под кожей на голове.
Во время испытаний были зафиксированы отказы устройства, требующие повторной операции
Отсутствие цветового зрения
Ограничение по размеру вследствие небольшого объема субретинального пространства
Возможность повреждения сетчатки из-за выделения тепла имплантатом
Достоинства устройства:
Обеспечивается лучший контроль стимуляции зрительного нерва по сравнению с фотодиодным вариантом за счет предварительной обработки зрительного сигнала
Более безопасная операция имплантации, по сравнению с субретинальным или эпиретинальным методом
Позволяет людям ориентироваться в окружающем пространстве