Effectief prothetisch netvliesapparaat voor blindheid

De procedure van de National Academy of Sciences (PNAS) meldt een grote doorbraak door twee onderzoekers van Weill Cornell Medical College in de langdurige inspanningen om het gezichtsvermogen te herstellen. Het team slaagde erin om de neurale code van het netvlies van een muis te ontcijferen en deze informatie te koppelen aan een nieuw prothetisch apparaat om het zicht op blinde muizen te herstellen. Ze rapporteren dat ze ook de code voor een apennetvlies hebben ontcijferd, die min of meer identiek is aan die van mensen, en hopen dat ze in de nabije toekomst een apparaat voor blinde mensen kunnen ontwerpen en testen.
In tegenstelling tot de momenteel beschikbare prothesen die blinde gebruikers vlekken en randen van licht bieden om hen te helpen navigeren, heeft dit nieuwe apparaat een code om een ??normaal gezichtsvermogen te herstellen dat zo nauwkeurig is, dat het gezichtskenmerken herkent en dieren bewegende beelden laat volgen.
Vooraanstaande onderzoeker, Dr. Sheila Nirenberg, een computational neurowetenschapper bij Weill Cornell, veronderstelt dat op een dag blinde mensen een vizier dragen dat lijkt op dat van Star Trek, dat licht opneemt en een computerchip gebruikt die het licht omzet in een code , die het brein vervolgens kan vertalen naar een afbeelding.
Dr. Nirenberg, professor aan de afdeling fysiologie en biofysica van het Institute for Computational Biomedicine van Weill Cornell, zei: "Het is een opwindende tijd. We kunnen blinde muisretinas maken en we gaan zo snel als we kunnen hetzelfde doen bij mensen. "
Deze nieuwe ontdekking biedt hoop voor 25 miljoen blinde mensen over de hele wereld wier blindheid werd veroorzaakt door ziekten van het netvlies, en wiens enige hoop op herstel van het gezichtsvermogen ligt in een prothetisch apparaat.
Dr. Nirenberg legt uit: "Dit is de eerste prothese die het potentieel heeft om een ??normaal of vrijwel normaal zicht te bieden omdat het de code bevat."

De code ontdekken

Bij normaal zicht valt licht op fotoreceptoren op het oppervlak van het netvlies, die vervolgens worden verwerkt door de netvliescircuits en omgezet in een code van neurale impulsen die vervolgens naar de hersenen worden verzonden door de ganglioncellen van het netvlies (uitvoercellen). De hersenen vertalen deze codes van neurale impulsen vervolgens naar betekenisvolle beelden.
Ziekten van het netvlies, die de fotoreceptoren doden en de netvliesschakelingen vernietigen, zijn veel voorkomende redenen voor blindheid. Meestal beschadigen deze ziekten echter niet de ganglioncellen van het netvlies. Prosthetica die momenteel beschikbaar zijn, functioneren meestal door deze overlevende cellen aan te drijven. Het oog van de patiënt wordt geïmplanteerd met elektroden, die de ganglioncellen stimuleren met stroom die leidt tot het produceren van ruwe gezichtsvelden.

Een aanzienlijke hoeveelheid onderzoek wordt uitgevoerd om de prestaties te verbeteren door meer stimulatoren in het oog van de patiënt te implanteren, in de hoop dat deze meer ganglioncellen in het beschadigde weefsel zullen activeren en de kwaliteit van de geproduceerde beelden zullen verbeteren. Andere onderzoekers experimenteren met behulp van lichtgevoelige eiwitten die door gentherapie in het netvlies worden ingebracht als een alternatieve manier om de cellen te stimuleren. Eenmaal geïntroduceerd in het oog, kunnen deze eiwitten zich op veel ganglioncellen tegelijk richten.
Dr. Nirenberg benadrukt dat er nog een andere kritische factor is, die zegt: "Niet alleen is het nodig om grote aantallen cellen te stimuleren, maar ze moeten ook worden gestimuleerd met de juiste code, de code die het netvlies gewoonlijk gebruikt om te communiceren met de hersenen." Deze code is de brekende ontdekking die de Weill-onderzoekers hebben gedaan en die ze hebben verwerkt in een nieuw prothesesysteem.
Ze legde uit dat alle lichtpatronen die op het netvlies vallen, moesten worden omgezet in een algemene code, een reeks vergelijkingen - die lichtpatronen in patronen van elektrische pulsen verandert. Hij zegt: "Mensen hebben geprobeerd de code te vinden die dit voor eenvoudige stimuli doet, maar we wisten dat het generaliseerbaar moest zijn, zodat het voor alles kon werken: gezichten, landschappen, alles wat een persoon ziet."

Visie = Chip Plus gentherapie

Het idee om de code op een prothese toe te passen, kwam bij Dr. Nirenberg aan het werk terwijl hij om een ??andere reden aan de code werkte. Zij en haar team volgden het idee onmiddellijk door de wiskundige vergelijkingen op een "chip" te implementeren en te combineren met een mini-projector. De chip fungeert als "encoder" door beelden die het oog binnenkomen om te zetten in stromen van elektrische impulsen, terwijl de mini-projector deze elektrische impulsen omzet in lichtimpulsen, die de lichtgevoelige eiwitten aandrijven die in de ganglioncellen zijn geïntroduceerd die zend de code terug naar de hersenen.
Ze testten hun hele theorie op de muis door twee prothetische systemen te bouwen, waarvan er een de code had en de andere zonder. Dr. Nirenberg zei: "Het opnemen van de code had een dramatische impact. Het sprong de systeemprestaties op tot bijna normale niveaus, dat wil zeggen, er was voldoende informatie in de uitvoer van het systeem om afbeeldingen van gezichten, dieren te reconstrueren - eigenlijk alles wat we probeerden. "
Na het uitvoeren van een uitgebreide reeks van experimenten, ontdekten ze dat de patronen geproduceerd door de blinde netvliezen in muizen nauw overeen met die geproduceerd door normale muizen netvliezen.
Dr. Nirenbeck legt uit: "De reden dat dit systeem werkt, is tweevoudig. De encoder - de reeks vergelijkingen - is in staat retinale transformaties na te bootsen voor een breed scala aan stimuli, inclusief natuurlijke scènes, en produceert zo normale patronen van elektrische pulsen, en de stimulator (het lichtgevoelige eiwit) kan die pulsen naar de hersenen sturen. Wat deze resultaten laten zien is dat de kritische ingrediënten voor het bouwen van een zeer effectieve retinale prothese - de netvliescode en een stimulerende methode met hoge resolutie - zijn nu voor een groot deel op zijn plaats. "
De nieuwe netvliesprothese moet menselijke klinische proeven ondergaan om de veiligheid van de gentherapiecomponent die het lichtgevoelige eiwit levert, te beoordelen, maar Nirenberg is optimistisch dat het veilig is omdat vergelijkbare gentherapievectoren met succes zijn getest op andere retinale ziekten. Ze concludeert: "Dit was allemaal spannend, ik kan niet wachten om te beginnen met deze benadering bij patiënten."
Dr. Nirenberg en haar assistent Dr. Pandarinath hebben een octrooiaanvraag ingediend voor het prothetische systeem ingediend bij de Cornell University.
Geschreven door Petra Rattue