Человек получает большую часть информации с помощью зрения. По данным ВОЗ, на планете насчитывается около 285 миллионов слепых людей. Среди них 39 миллионов не видят вообще ничего, а 18% находятся в возрастной категории до 50 лет. Это колоссальная цифра. По факту, во всех странах насчитывается множество людей, не способных вести полноценный образ жизни, эффективно трудиться и взаимодействовать с обществом. Все они нуждаются в помощи и восстановлении этой, без сомнения, жизненно важной функции организма.
Прогресс в области инновационных технологий, IT и нейромедицины может стать решением этой проблемы. На данный момент индустрия способна предложить большое количество устройств, частично компенсирующих слепоту. Бионический глаз «Argus-II» — один из наиболее совершенных протезов, доступных для коммерческого использования.
| Бионика — направление прикладной науки, расположенное на стыке биологии, физики, протезирования и медицины. Она ищет способы, которыми возможно «помирить» живой организм с инженерным изделием. На первый взгляд, принципы их организации совершенно разные. Если закопаться поглубже в нормальную физиологию, то скоро выяснится: человек — та же самая биомашина, которая подчиняется строгим законам. |
Говоря о протезах, следует отметить: они существуют не для расширения функционала организма, а, скорее, для компенсирования утраченных функций:
История «Argus-II» началась в 1991 году при деятельном участии Роберта Гринберга
Гринберг работал инженером-электриком, но ему хотелось большего. Он учился в медицинской академии и пришёл на операцию, которую проводили в глазной клинике. Хирург оперировал незрячего пациента. Когда электрический провод коснулся сетчатки, мужчина рассказал о ярком пятне. Манипуляцию повторили на втором глазу, и так зрительных образов стало два. Гринберг моментально задался вопросом:
| «Если можно сделать пару пятен, то разве нельзя увеличить их количество до полноценного образа?» |
Шли годы. Гринберг встречался с людьми, вступил в фонд Альфреда Манна, копил деньги и работал круглые сутки. Так и родилась компания «Second Sight» — во вспышке света, который толкнул учёного на поиски. Поиски способа, что вернёт людям зрение.
Бионический глаз прошёл долгий путь, прежде чем стал собой нынешним. Логика в том, что орган визуального восприятия чем-то похож на камеру. Фотоны падают на чувствительные клетки, вызывая биохимические изменения на мембранах. Слабые токи отправляются в мозг через нерв, где происходит декодирование и обработка информации.
Прототип «Argus-I» состоял из матрицы на 16 электродов, которые имплантируются в сетчатку. Опытный хирург делает это за 4 часа. «Argus-II», одобренный к использованию в США в 2013 году, умеет делать изображение на 60 пикселей.
Имплантат «Argus» в сетчатке
▎Как это происходит?
Протез выглядит как очки с камерой на переносице. Система запитана от аккумулятора, подвешенного на поясе человека. Камера снимает окружающие предметы в режиме реального времени. Изображение попадает в процессор, где ведётся потоковая обработка. Небольшой компьютер сжимает картинку до 60 х 60 пикселей.
Особенность ПО заключается в том, что картинка должна стать чёрно-белой. С помощью трансмиттера информация передаётся обратно к антенне снаружи глаза. Оттуда потоковое видео низкого разрешения идёт на имплантированные электроды, расположенные в сетчатке. Для этого применяется беспроводная связь. Каждый электрод уже «знает», в каком порядке и с какой силой должен «вспыхивать».
Электроды стимулируют сетчатку, давая ток с интервалом несколько раз в секунду
Каким будет изображение? Можно приводить много аналогий, но факт в том, что искусственное зрение не похоже вообще ни на что. Это совершенно иной орган чувств, попросту невозможный в природе.
Камера надёжно крепится к дужке на переносице. О стереокартинке речи не идёт. Чтобы окинуть взглядом большое поле зрения, пациент вынужден активно вращать головой. Оттенки серого вспыхивают и затухают в ответ на малейшее движение.
Сам Гринберг признал в интервью для «Spectrum», что его технология несколько грубовата. Искусственный глаз плохо распознаёт быстро движущиеся предметы. Они похожи на пятна, пролетающие с одного края обзора на другой. Впрочем, даже так это уже спасение для слепых пациентов. Благодаря «Аргусу» они могут ориентироваться в пространстве, самостоятельно ходить по улице и обслуживать себя.
Медицина довольно строгая наука, но индивидуальные особенности пациентов создают много проблем. Кто-то из нас от рождения обладает большим ресурсом приспособления и значительными резервами прочности. Ряд испытуемых сумел распознать полосы пешеходного перехода, интерьер дома и даже лица родных. Другие видели только простейшие паттерны.
Здесь отметился человек по имени Йерун Перк. Он полностью ослеп к 19 годам, но хорошо помнил старую жизнь. Естественно, ему не слишком нравилось обитать в полной темноте. Поэтому гражданин Нидерландов с радостью согласился на вживление имплантата. Спустя небольшое время он уже катался на лыжах и стрелял из лука, попадая в мишень. Йерун едва ли виноват в промахах: даже здоровый человек вряд ли загонит стрелу в яблочко с первого раза.
Лучан Дель Приоре, врач из Пресвитерианской клиники в Нью-Йорке, не мог сдержать волнения. В своём интервью он говорил:
| «Эти люди жили в абсолютной темноте. Они не могли отличить яркий день на пляже от пребывания в угольной шахте в Питтсбурге. Мысль о том, что у них появилась надежда на хоть какое-то зрение, поражала как пациентов, так и врачей» |
Компания «Second Sight» продавала искусственные глаза по цене в 100 тысяч долларов. Один из пациентов рассказал, что вместе с операцией, реабилитацией и курсом обучения сумма разогналась до полумиллиона в твёрдой валюте. Страховка покрыла 80% расходов, но даже так это были огромные деньги.
Человек быстро привыкает к хорошему. Как бы там ни было, самым лучшим зрением будет такое, что даётся нам от рождения. Владельцы «Аргуса» встретили немало подводных камней. Линда Кирк получила бионику в 2017 году. Женщина отмечала: трудности в адаптации к имплантату были настолько тяжкими, что глаз ей больше мешал, чем помогал.
Барбара Кэмпбелл, напротив, отлично ходила по улицам Нью-Йорка в час пик
| «Чем больше я им пользовалась, тем больше полезных свойств замечала. Я думаю, что переучила мой мозг видеть вещи каким-то особым образом». |
В этом Барбара совершенно права. Человеческая психика демонстрирует разную пластичность. Кто-то легко переучивается писать левой рукой, ездить на мотоцикле или видеть мир в разрешении 60 пикселей. Другим повезло меньше.
Получив «Аргус», пациент рано или поздно захочет большего. Рано или поздно у него возникнет желание видеть как раньше. К июню 2015 года Терри Байленд стал первым человеком на земле с двумя глазными имплантатами.
| «Как только вы почувствуете, что можете снова видеть определенные вещи, вы непременно захотите видеть их еще лучше». |
Безусловно, «Argus-II» не является панацеей. Он возвращает зрение тому, кто изначально имеет рецепторные клетки на сетчатке. Чаще всего бионический глаз получают люди с пигментным ретинитом. При этой болезни происходит сужение полей зрения, вызванное постепенной деградацией сетчатки. Но эта самая сетчатка есть и работает, хоть и плохо.
▎Но как быть, когда её нет?
Детский вопрос: «Видим ли мы глазами?». Взрослый ответ: «Мы видим мозгом». По факту, глаз всего лишь даёт электрический ток на кортикальные поля, отвечающие за зрение. Картинка формируется в затылочной доле. Чтобы воспринимать образ, глаза не особо нужны. Любой из нас может проверить это, крепко зажмурившись. Размытые пятна, геометрические линии и прочие артефакты будут проявлениями токов, гуляющих по синапсам. В ту же степь идут сны. Люди, страдающие от опухолей головного мозга, периодически «видят» разные фигуры.
Данное наблюдение открывает новые перспективы бионики. Им стали полноценные нейроимплантанты. Здесь особенно отметился великий Илон Маск с его «Neuralink». Ряд компаний заявляют, что их творения могут вылечить болезнь Паркинсона, депрессии и даже развить память до невероятных высот.
Фирма «Second Sight» тоже работает в этом направлении. Система «Orion» чем-то похожа на «Argus». Разница, как обычно, кроется в деталях. «Орион» более прогрессивный в том смысле, что матрица с электродами стоит не в глазу, а непосредственно в головном мозге. Потоковое видео с камеры идёт на внутримозговой имплантат, который стимулирует нейроны.
«Орион» открывает новую эру в деле нейропротезирования. По факту, он сносит барьеры физиологии, позволяя людям вовсе обходиться без глаз. Мозг можно обучить чему угодно, в том числе — интерпретировать неестественные сигналы. Технология особенно важна для детей с их невероятными способностями к обучению. Сейчас система «Orion» проходит клинические испытания.
С «Орионом» пациенты научились читать книги, набранные крупным шрифтом:
Рано или поздно у неё появятся аналоги от других производителей, принеся на рынок дух здоровой конкуренции. Таким образом, искусственное зрение потихоньку становится всё более доступным. Бурное развитие IT открывает совершенно головокружительные перспективы для бионики. По факту, коммерчески доступные устройства по сути своей мало отличаются от веб-камеры. Когда учёные окончательно зайдут в мозг, им понадобятся совершенно новые технологии. Видеть мир чёрно-белым и размытым — то ещё удовольствие. Следующим этапом станет развитие микроэлектроники, позволяющее делать матрицы с высоким разрешением.
Перспективные разработки неумолимо штурмуют барьер, за которым находится возвращение цветного зрения. С помощью искусственного интеллекта новые импланты получат уникальную возможность распознавать предметы, очищать потоковое видео от шума и даже прогнозировать траектории.
Ограничения становятся всего лишь временными преградами. Живой глаз видит узкий спектр между инфракрасным пеклом и ультрафиолетовой смертью. Как ни странно, человек способен видеть ультрафиолет. Например, люди, пережившие удаление хрусталика из-за катаракты. Пока сетчатка не отказала, её владелец может заметить грязно-серый оттенок в безоблачном небе. Другое дело, что плохо и недолго. УФ-излучение зверски увечит фоторецепторы, которые просто не приспособлены к нему. Поэтому врачи спешат заменить живой хрусталик искусственным аналогом.
| Камеры свободны от этого недостатка. Они спокойно накапливают фотоны, ловят излучения совершенно разных энергий и без труда прорезают темноту. Кто откажется стать как персонаж фильма «Хищник» и видеть тепловые следы живых существ? Разве кто-то устоит перед соблазном поднять голову к ночному небу и насладиться картинами ослепительно яркого космоса? |
Сейчас это кажется фантастикой, но в середине XX века те же «Аргусы» тоже считались невозможными. К сожалению, все перспективные технологии едва ли застрахованы от «детских болезней». Главной из них становится высокая стоимость, жесткие требования к специалистам и нередко — отсутствие гарантий. Бионика делает первые шаги к расширению человеческого функционала.
Исследователи попросту не накопили достаточно статистического материала. Неясно, как именно отзовётся организм конкретного пациента на сделанную операцию. Некоторые люди будут в полном восторге от искусственных глаз, а другие возвратятся к привычной трости и верному псу-поводырю. Ещё одна проблема вылезла там, где не ждали. Беды ходят косяками. Имплантат от «Second Sight» нельзя доставать из глаза. Он особо не мешает ровно до того момента, пока человеку не придётся выполнить МРТ.
Магнитно-резонансный томограф использует электромагнитные поля высокой напряженности вплоть до 9 Тесла. Что такое 9 Тл «на пальцах»? Это мощь, которая срывает кислородные баллоны с креплений, тянет металлические пуговицы в одежде так, словно вы попали в шторм. Страшно представить, какие разрушения устроит металлический имплантат в теле, оказавшись под воздействием такой силы.
Росс Доер не смог попасть на МРТ для диагностики опухоли из-за «Аргуса». Американцу пришлось прибегать к другим способам медицинского исследования и потерять драгоценное время
Значит, бионика нового поколения должна быть не только безопасной в биологическом плане, но и проявлять инертность по отношению к электромагнитным полям. Сейчас «Second Sight» переживает нелёгкие времена. Фирма работала практически в ноль и закономерно подошла к банкротству.
Пациенты остались без технической поддержки. Непонятно, где им брать детали взамен износившихся частей. В феврале 2022 года компания объявила о слиянии с «Nano Precision Medical». Кто-то попал под сокращение. Поменялось руководство.
Вектор работы направился в сторону разработки интегрируемых систем для точечной доставки лекарств. Трудно сказать, к чему приведут кадровые сдвиги. «Аргусы» потихоньку идут к формированию экосистемы с «Орионами». Впрочем, их финансирование — бледная тень по сравнению с денежными потоками в прошлом. Тем не менее детище Роберта Гринберга осталось в игре.
Как оно будет дальше, покажет время. Автор Никита Игнатенко
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
Источники:
1. Интервью пациентов приведены по материалам «Spectrum»
2. Информация о бионических глазах по материалам https://www.secondsight.com/
3. https://www.nanoprecisionmedical.com/
4. О характеристиках МРТ, показаниях и противопоказаниях к исследованию: Donald W. McRobbie, Elizabeth A. Moore, Martin J. Graves and Martin R. Prince. MRI: From Picture to Proton. — 2-е изд… — New York: Cambridge University Press, 2006. — С. 89, 137. — ISBN 978-0-521-86527-2.
5. Humayun, MS; Dorn, JD; da Cruz, L; Dagnelie, G; Sahel, JA; Stanga, PE; Cideciyan, AV; Duncan, JL; Eliott, D; Filley, E; Ho, AC; Santos, A; Safran, AB; Arditi, A; Del Priore, LV; Greenberg, RJ; Argus II Study, Group. Interim results from the international trial of Second Sight’s visual prosthesis
Все изображения взяты из открытых источников и принадлежат правообладателям.
