Изобретение относится к медицине, а именно к созданию искусственного глаза человека для оптического восприятия изображения людьми, потерявшими зрение в результате травмы, но сохранившими зрительный нерв неповрежденным. Искусственный глаз содержит герметично соединенные искусственные роговицу, хрусталик и сетчатку. Сетчатка представляет собой матрицу светочувствительных элементов, находящуюся в фокальной плоскости хрусталика и состоящую, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур. Матрица светочувствительных элементов электрически соединена с устройством считывания и преобразователем, которые подсоединены к источнику питания и являются одновременно рецепторным узлом, куда подается информация с преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области медицины, а именно к созданию искусственного глаза человека для восприятия оптического изображения людьми, потерявшими зрение в результате травмы, но сохранившими зрительный нерв неповрежденным. Известно устройство для восприятия изображения слепым человеком, содержащее рецепторный узел, соединенный через преобразовательный блок с электромагнитной катушкой с вибратором, причем оно имеет блок оптических преобразований, а рецепторный узел выполнен в виде фотодатчика, жестко связанного с вибратором, при этом фотодатчик оптически связан с блоком оптических преобразований и размещен в его фокальной плоскости /1/. Недостатком этого устройства является то, что слепой человек не видит оптическое изображение, а воспринимает его, прикасаясь пальцем к колеблющейся поверхности вибратора, не всегда адекватно, т.к. тактильная чувствительность пальцев может меняться во времени в зависимости от физиологического и психологического состояния человека. Кроме того, не определено расположение пальцев относительно поверхности вибратора. Сила прикосновения пальцами к поверхности вибратора также может меняться. Известен зрительный протез общего пользования для совершенно слепых, основанный на преобразовании оптического изображения в звуковое, в котором оптическое изображение, действуя на фотоэлемент, возбуждает в телефоне разные по высоте и сложности звуки, после зеркала развертки изображения между объективом и фотоэлементом расположены равномерно вращаемый электродвигателем прозрачный диск-модулятор с нанесенными на нем оптическими фонограммами, выполненными на фотоэмульсии в виде концентрических дорожек синусоидальных тонов разной частоты, и неподвижная планка со щелью, ширина которой изменяется от центра диска к его краю в зависимости от длины нанесенных на диске синусоидальных тонов и равна длине периода соответствующей синусоиды в каждом его месте /2/. Недостатком этого устройства также является то, что человек не видит оптическое изображение, а лишь воспринимает органами слуха преобразованное устройством в звуки оптическое изображение, также полученное устройством. Прототипом является устройство для восприятия и опознания зрительных образов слепым человеком, содержащее приемную телевизионную систему, электронный блок, блок питания, блок регулирования яркости и контрастности, систему для наблюдения изображения на экране кинескопа, соединительные разъемы и кабели, кроме того, устройство снабжено ячеистой маской, системой датчиков, усилителей, рецепторным узлом, генератором частот, причем ячеистая маска с системой датчиков размещена на экране кинескопа и электрически связана через блок усилителей с рецепторным узлом, установленным на теле человека, выполненным в гибком корпусе и соединенным с генератором частот для воспроизведения изображения любой цветовой гаммы, помимо этого, рецепторный узел снабжен диэлектрическими иглами и элементами крепления и фиксации, диэлектрические иглы рецепторного узла снабжены магнитопроводящим и стаканами для взаимодействия с электромагнитными катушками, одно основание рецепторного узла выполнено заостренным, а другое - тупым, рецепторный узел взаимодействует с телом слепого человека через регулирующие прокладки /3/. Недостатком данного устройства является низкая эффективность восприятия и опознания зрительных образов слепым человеком, длительность процесса опознания зрительных образов, сложность конструкции, вероятность потери рецепторного узла при порче элементов крепления. Кроме того, человек должен обладать хорошей экстроцептивной чувствительностью и различать прикосновение к коже колющих предметов на расстоянии с шагом до одного миллиметра один от другого. Цель изобретения - создание искусственного глаза для оптического восприятия изображения людьми, потерявшими зрение в результате травмы, но сохранившими зрительный нерв неповрежденным. Технический результат изобретения достигается тем, что в зрительном протезе - искусственном глазе - происходит преобразование световых импульсов в электрические сигналы, поступающие в зрительный нерв. Поставленная цель достигается тем, что в искусственном глазе, содержащем приемную телевизионную систему, рецепторный узел, электронный блок и блок питания, приемная система представляет собой искусственный глаз, содержащий искусственные роговицу, хрусталик и сетчатку, представляющую собой матрицу светочувствительных элементов, находящуюся в фокальной плоскости хрусталика и состоящую, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур и электрически соединенную с электронным блоком, представляющим собой устройство считывания и преобразования, подсоединенное к источнику питания, а рецепторным узлом является ПЗС-матрица. Кроме того, источник питания может быть расположен в матрице светочувствительных элементов или под мочкой уха и быть соединенным с устройством считывания и преобразователем с помощью подкожно расположенных проводников. На чертеже представлено схематическое устройство искусственного глаза человека. Оптическая часть искусственного глаза состоит из роговицы 1 и хрусталика 2. В фокальной плоскости хрусталика 2 расположена искусственная сетчатка 3, которая представляет собой матрицу светочувствительных элементов, выполненную, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур. Принцип действия этих приборов, основанный на переносе носителей заряда, позволяет осуществлять известными способами преобразование, хранение и переработку информации, представленной плотностью заряда /4, 5/. Электронный блок 4 состоит из устройства 5 считывания и преобразователя 6. МДП-структуры микропроводниками подсоединяются к устройству 5 считывания информации, поступившей на светочувствительный слой искусственной сетчатки 3. Далее эта информация поступает в преобразователь 6, назначение которого преобразовывать информацию в сигналы, которые наиболее приближены к естественным сигналам, поступающим в зрительный нерв от живой сетчатки. Источник питания 7 обеспечивает работу устройства 4 считывания и преобразователя 6. Источник питания может располагаться как автономно, например, под мочкой уха и быть соединенным с блоком считывания и преобразователем с помощью подкожно расположенных проводников, так и в самой матрице-сетчатке в виде вырабатывающих электрический ток фотоэлементов. Глаз - один из основных органов чувств человека, он выполняет функцию получения и переработки информации об условиях внешней среды. По существу глаз представляет собой измерительное устройство для анализа внешних физических стимулов, а также для оценки эффективности действий, произведенных организмом, т. е. выполняет роль обратной информационной связи организма со средой. Рецепторами в данном случае являются нервные окончания, которые действуют как преобразователь энергии раздражителя в энергию нервного ответа. Нервное волокно может находиться в возбужденном состоянии, когда есть потенциал действия (ПД), и невозбужденном - ПД отсутствует. Таким образом, в нервной системе имеется дискретная двоичная система кодирования информации. Как показывают эксперименты, информация в нервной системе кодируется не последовательностью ПД, как в цифровых машинах, а частотой появления ПД, которая пропорциональна логарифму величины действующего раздражителя /6/. С учетом сказанного, в предлагаемом устройстве, искусственном глазе, считывание и преобразование поступающей извне информации осуществляется на принципах дискретной обработки сигналов. Устройство работает следующим образом. Световые лучи проходят через искусственные роговицу 1 и хрусталик 2 и создают изображение на искусственной сетчатке 3. Кванты света вызывают появление на светочувствительной матрице-сетчатке 3, состоящей из ПЗС на основе МДП-структур, электрических зарядов, величина которых зависит от освещенности. Эти электрические заряды преобразуются в электрические импульсы в устройстве считывания 5, а затем поступают в преобразователь 6, в котором информация преобразуется в сигналы, наиболее приближенные к естественным. Связь со зрительным нервом осуществляется проводниками, оканчивающимися электродами в виде, например, кольцеобразных зажимов, подсоединенных к зрительным нервам. Дальше информация передается в зрительные отделы головного мозга. Современные достижения микроэлектроники, нейрофизиологии, биотехнологии, а также способность мозга к адаптации говорят в пользу того, что предложенный искусственный глаз поможет адекватно сформировать зрительный образ в соответствии с информацией, поступающей в искусственный глаз на его искусственную сетчатку - светочувствительную матрицу. Источники информации 1. Авт. св. СССР 955920, МКИ A 61 F 9/08 - аналог. 2. Авт. св. СССР 151060, G 09 B 21/00, A 61 F 9/08 - аналог. 3. Пат. РФ 2057504, МПК А 61 F 9/08 - прототип. 4. Ефремов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. Учебное пособие для вузов.//М., Высшая школа, 1987, с.141-147. 5. Наука и жизнь, 1980, 7, с.30-32. 6. Губанов Н. И., Утепбергенов А.А. Медицинская биофизика.// М., Медицина, 1978, с.283-286.
Формула изобретения
1. Искусственный глаз, содержащий приемную систему, рецепторный узел, электронный блок и блок питания, отличающийся тем, что приемная система представляет собой искусственный глаз, содержащий искусственные роговицу, хрусталик и сетчатку, представляющую собой матрицу светочувствительных элементов, находящуюся в фокальной плоскости хрусталика, состоящую, например, из приборов с зарядовой связью (ПЗС) на основе МДП-структур и электрически соединенную с электронным блоком, представляющим собой устройство считывания и преобразования, подключенное к источнику питания, а рецепторным узлом является ПЗС-матрица. 2. Искусственный глаз, по п.1, отличающийся тем, что источник питания расположен в матрице светочувствительных элементов. 3. Искусственный глаз, по п.1, отличающийся тем, что источник питания расположен под мочкой уха и соединен с устройством считывания и преобразования с помощью подкожно расположенных проводников.
Если не считать очков, изобретенных китайцами в X веке, мы не располагали никакими искусственными приспособлениями, которые могли бы вернуть человеку зрение. Но теперь бионика сделала реальностью восстановление зрения во многих случаях, прежде считавшихся совершенно безнадежными .
Помутнение роговицы обычно происходит в результате механического повреждения или не вполне понятных изменении и химическом составе глаза. Но эти изменения приводят к тому, что наружная прозрачная оболочка глаза, так называемая роговица, которая пропускает видимый глазом свет, становится мутной и постепенно человек слепнет. Это заболевание, чаще всего возникающее в пожилом возрасте, ранее умели лечить только одним способом - пересадкой роговицы от трупа.
Обычно достаточно пересадить лишь часть роговицы, но иногда повреждения так сильны, что приходится заменять ее полностью. Однако из четырех полных пересадок роговицы удается только одна: это объясняется тем, что жидкость внутри глаза находится под давлением, и трансплантат очень трудно удержать на месте и течение месяца срока, необходимою для его приживления. Кроме того, стоит больному чихнуть или закашляться и пересаженная роговица может сместиться.
Эта проблема вынудила Уильяма Стоуна, хирурга-офтальмолога Массачусетского приюта для глухих и слепых в Бостоне, заняться созданием бионического заменителя поврежденной роговицы из прозрачного акрила - точно такого, какой идет на изготовление зубных протезов и ветровых стекол в кабиннах реактивных истребителей.
Пластиковая роговица ввинчивается в гнездо, напоминающее крохотную кнопку, и эта кнопка прикрепляется швами на поверхности глаза прямо напротив зрачка. Ввинчивающаяся пластиковая роговица, которую можно вывинтить или заменить другой по рецепту врача, вживлена уже 400 больным!
Медицинская техника снабдила нас и бионическим хрусталиком. Хрусталик глаза, находящийся непосредственно за радужной оболочкой, часто мутнеет вследствие . От этого он темнеет и рассеивает или не пропускает падающий на глаз свет. Обычно от катаракты избавляются путем хирургического вмешательства. Хирург делает маленькое отверстие в оболочке глаза (так называемом белке), подводит к нему небольшой высасывающий прибор и извлекает хрусталик из глаза. После такой операции накладывается шов, и свет снова свободно проникает в глаз.
К сожалению, лишенный хрусталика глаз не способен фокусировать лучи света самостоятельно - больной нуждается в толстых очках или в контактных линзах.
Пользование очками сопряжено с большими неудобствами, приходится менять очки, если нужно перевести взгляд с близкого объекта на отдаленный; при этом вести машину, например, очень трудно. Некоторый выход из положения сулит использование контактных линз, настроенных на средние расстояния, в сочетании с бифокальными очками, но не все могут спокойно носить контактные линзы.
Доктору Норману Джаффу из Университета в Майами удалось решить эту проблему: он изобрел искусственный вживляемый хрусталик. Из полиметакрилата - вещества, близкого к акрилу, применяемому для создания искусственной роговицы, - вытачивается крохотный бионический хрусталик с точной, фиксированной фокусировкой: хрусталик помещается в мягкое кольцо из дакроновых волокон. Это кольцо, вшиваемое позади радужной оболочки, служит своеобразным якорем, который удерживает хрусталик против зрачка. Пластиковый хрусталик не способен менять фокус, но в сочетании с очками можно достигнуть почти стопроцентного зрения. Теперь такими искусственными хрусталиками заменяют помутневшие от катаракты хрусталики не менее сотни хирургов в США.
Но повреждение хрусталика или роговицы далеко не единственная причина слепоты. Большинство из 110 000 жителей США, полностью лишенных зрения, потеряли его из-за более серьезных повреждений глаз. Одна из форм слепоты, в настоящее время не поддающаяся лечению, при которой жидкость позади хрусталика, называемая aqueous humor, выделяется в избытке; при этом ее давление возрастает настолько, что разрывает нежные светочувствительные слон сетчатки. Также неизлечимы в настоящее время случаи слепоты от болезней, вызывающих дегенерацию глазного нерва, и врожденных болезней, при которых травмированы сетчатка или нервы, связывающие ее с мозгом. Однако и в этих случаях появилась некоторая надежда, которую сулит нам технология телевидения.
Телевизионная камера работает примерно по такому же принципу, что и глаз: в ней свет, пройдя через фокусирующее устройство, преобразуется в электрические импульсы. Природа и форма импульсов, посылаемых телекамерой, сильно отличаются от импульсов, посылаемых глазом к мозгу, но теоретически возможно применять электрические импульсы от телекамеры, для того чтобы вызвать зрительные ощущения в мозгу.
Офтальмолог Уильям Добелл, директор отделения нейропротезирования Института биомедицинской инженерии при Университете штата Юта, изучив импульсы, которые нормальный глаз посылает в мозг при раздражении светом, изобрел специальный компьютер, который мог бы преобразовывать импульсы от телекамеры в импульсы, подобные испускаемым сетчаткой глаза. Затем Добелл сделал квадратики из тефлона и платины и вживил их двум слепым добровольцам внутрь черепной коробки поблизости от тех участков головного мозга, где получаемая с помощью глаза информация преобразуется и превращается в видимый образ. Маленькие электрические датчики в головах добровольцев были подключены к телекамере, которая была наведена на несколько предметов самой простой формы. Едва электрические раздражения достигли датчиков, как оба испытуемых заявили, что «видят» вспышки света (так называемые фосфены). По свидетельству Добелла, один из больных, потерявший зрение 28 лет назад, утверждал, что улавливает бесцветные, мерцающие фосфены размером примерно с монету, видимую на расстоянии вытянутой руки.
Ученый продолжал работать над своим изобретением и создал систему искусственного зрения, которая позволила 33-летнему мужчине, лишенному зрения на протяжении 10 лет, подключиться к компьютеру, дающему человеку возможность «видеть» электронные сигналы в своем мозгу. В зрительные участки мозга испытуемого было вживлено 64 электрода, и от каждого электрода через отверстие в черепе шла тоненькая проволочка к графитовому штеккеру, вшитому в кожу. При включении штеккера в компьютер, соединенный с телекамерой, слепой человек получает возможность читать буквы по Брайлю в виде точек света и различать вертикальные и горизонтальные линии. По мнению Добелла, его эксперимент делает реальными долгосрочные имплантации. Как он полагает, со временем в глазницу слепого будет помещаться телекамера, связанная через миниатюрный компьютер с вживленными в мозг электродами. И хотя потребуется еще немало экспериментов, чтобы от простых схематических рисунков перейти к более сложным черно-белым изображениям, Биллем Кольфф, пионер бионических исследований, уверен, что в конце концов искусственное зрение подобного типа позволит слепым видеть изображения, напоминающие «картины на световом табло Хьюстонского космодрома».
Добелл напоминает, что развитие любого искусственного органа происходит постепенно: «Вначале возникает предположение, затем появляется надежда и только потом открываются перспективы. Несомненно, что сенсорные протезы уже перешли от стадии задумок к той стадии, когда появляется надежда». Будем надеяться, что перспективы откроются в ближайшем будущем.
Являющаяся периферическим отделом зрительного анализатора; содержит фоторецепторные клетки, обеспечивающие восприятие и преобразование электромагнитного излучения видимой части спектра в электрические импульсы, а также обеспечивает их первичную обработку. Анатомически сетчатка представляет собой тонкую оболочку, прилежащую на всём своём протяжении с внутренней стороны к стекловидному телу, а с наружной - к сосудистой оболочке глазного яблока. В ней выделяют две неодинаковые по размерам части: зрительную часть - наибольшую, простирающуюся до самого ресничного тела, и переднюю - не содержащую фоточувствительных клеток - слепую часть, в которой выделяют в свою очередь ресничную и радужковую части сетчатки, соответственно частям сосудистой оболочки. Зрительная часть сетчатки имеет неоднородное слоистое строение, доступное для изучения лишь на микроскопическом уровне и состоит из 10-ти следующих вглубь глазного яблока слоёв: пигментного, нейроэпителиального, наружной пограничной мембраны, наружного зернистого слоя, наружного сплетениевидного слоя, внутреннего зернистого слоя, внутреннего сплетениевидного слоя, мультиполярных нервных клеток, слоя волокон зрительного нерва, внутренней пограничной мембраны.
Сетчатка глаза у взрослого человека имеет размер 22 мм и покрывает около 72 % площади внутренней поверхности глазного яблока. Фотография сетчатки представлена на рисунке 1. Пигментный слой сетчатки (самый наружный) с сосудистой оболочкой глаза связан более тесно, чем с остальной частью сетчатки. В центре сетчатки на задней поверхности находится диск зрительного нерва, который иногда из-за отсутствия в этой части фоторецепторов называют «слепым пятном». Он выглядит как возвышающаяся бледная овальной формы зона около 3 мм². Здесь из аксонов нервных клеток сетчатки происходит формирование зрительного нерва. В центральной части диска имеется углубление, через которое проходят сосуды, участвующие в кровоснабжении сетчатки.
Латеральнее диска зрительного нерва, приблизительно в 3 мм, располагается пятно (macula), в центре которого имеется углубление, центральная ямка (fovea), являющееся наиболее чувствительным к свету участком сетчатки и отвечающее за ясное центральное зрение. В этой области сетчатки (fovea) находятся только колбочки. Человек и другие приматы имеют одну центральную ямку в каждом глазу в противоположность некоторым видам птиц, таким как ястребы, у которых их две, а также собакам и кошкам, у которых вместо ямки в центральной части сетчатки обнаруживается полоса, так называемая зрительная полоска. Центральная часть сетчатки представлена ямкой и областью в радиусе 6 мм от неё, далее следует периферическая часть, где по мере движения вперед число палочек и колбочек уменьшается. Заканчивается внутренняя оболочка зубчатым краем, у которого фоточувствительные элементы отсутствуют. На своём протяжении толщина сетчатки неодинакова и составляет в самой толстой своей части, у края диска зрительного нерва, не более 0,5 мм; минимальная толщина наблюдается в области ямки жёлтого пятна.
2) Микроскопическое строение сетчатки
В сетчатке имеются три радиально расположенных слоя нервных клеток и два слоя синапсов. Как побочный продукт эволюции ганглионарные нейроны залегают в самой глубине сетчатки, в то время как фоточувствительные клетки (палочковые и колбочковые) наиболее удалены от центра, то есть сетчатка глаза является так называемым инвертированным органом. Вследствие такого положения свет прежде чем упасть на светочувствительные элементы и вызвать физиологический процесс фототрансдукции должен проникнуть через все слои сетчатки. Однако он не может пройти через эпителий или хориоидею, которые являются непрозрачными. Проходящие через расположенные перед фоторецепторами капилляры лейкоциты при взгляде на синий свет могут восприниматься как мелкие светлые движущиеся точки. Данное явление известно как энтопический феномен синего поля (или феномен Ширера). Кроме фоторецепторных и ганглионарных нейронов в сетчатке присутствуют и биполярные нервные клетки, которые, располагаясь между первыми и вторыми, осуществляют между ними контакты, а также горизонтальные и амакриновые клетки, осуществляющие горизонтальные связи в сетчатке. Между слоем ганглионарных клеток и слоем палочек и колбочек находятся два слоя сплетений нервных волокон со множеством синаптических контактов. Это наружный плексиформный (сплетеневидный) слой и внутренний плексиформный слой. В первом осуществляются контакты между палочками и колбочками посредством вертикально ориентированных биполярных клеток, во втором - сигнал переключается с биполярных на ганглионарные нейрноны, а также на амакриновые клетки в вертикальном и горизонтальном направлении.
Таким образом, наружный нуклеарный слой сетчатки содержит тела фотосенсорных клеток, внутренний нуклеарный слой содержит тела биполярных, горизонтальных и амакриновых клеток, а ганглионарный слой содержит ганглионарный клетки, а также небольшое количество перемещённых амакриновых клеток. Все слои сетчатки пронизаны радиальными глиальными клетками Мюллера.
Наружная пограничная мембрана образована из синаптических комплексов, расположенных между фоторецепторным и наружным ганглионарным слоями. Слой нервных волокон образован из аксонов ганглионарных клеток. Внутренняя пограничная мембрана образована из базальных мембран мюллеровских клеток, а также окончаний их отростков. Лишённые шванновских оболочек аксоны ганглионарных клеток, достигая внутренней границы сетчатки, поворачивают под прямым углом и направляются к месту формирования зрительного нерва. Каждая сетчатка у человека содержит около 6-7 млн колбочек и 110-125 млн палочек. Эти светочувствительные клетки распределены неравномерно. Центральная часть сетчатки содержит больше колбочек, периферическая содержит больше палочек. В центральной части пятна в области ямки колбочки имеют минимальные размеры и мозаично упорядочены в виде компактных шестиграных структур.
Рассмотрим строение сетчатки более подробно. К сосудистой оболочке по всей ее внутренней поверхности прилегает пигментный слой эпителиальных клеток. Перед пигментным слоем, примыкая к нему, лежит самая внутренняя из оболочек глаза – сетчатая оболочка, или ретина. Она выполняет основную функцию глаза – воспринимает формируемое оптикой глаза изображение внешнего мира, преобразует его в нервное возбуждение и направляет в мозг. Строение сетчатки чрезвычайно сложно. Обычно в ней насчитывают десять слоев. На рисунке 2a дана схема поперечного разреза через сетчатку глаза, а на рисунке 2б – увеличенный фрагмент сетчатки с указанием относительного расположения основных типов клеток. Во внешнем слое 1 , непосредственно примыкающим к сосудистой оболочке, расположены клетки, окрашенные черным пигментом. Затем идут основные элементы зрительного восприятия 2 , называемые по внешнему виду палочками и колбочками. Слои 3 – 5 соответствуют нервным волокнам, подходящим к палочкам и колбочкам. За этими слоями расположены так называемые зернистые слои, также связанные нервными волокнами. Слой 8 – это ганглиозные клетки, каждая из которых соединена с нервными волокнами, расположенными в слое 9 . Слой 10 – внутренняя ограничивающая оболочка. Каждое нервное волокно заканчивается либо колбочкой, либо группой палочек. Светочувствительным слоем служит второй, где находятся палочки и колбочки. Общее число палочек и колбочек в сетчатке одного глаза достигает примерно 140 млн., из них около 7 млн. колбочек.
Распределение палочек и колбочек по сетчатке не равномерно. В месте сетчатки, через которое проходит зрительная линия глаза, расположены одни колбочки. Этот участок сетчатки, несколько углубленный, диаметром примерно 0,4 мм, что соответствует углу 1,2°, называется центральной ямкой – fovea centralis (лат.) – сокращенно, фовеола или фовеа. В центральной ямке находятся только колбочки, их число здесь достигает 4 – 5 тыс. Фовеола располагается в середине горизонтально расположенного овального участка сетчатки размером от 1,4 до 2 мм (что соответствует угловым размерам, равным 5 – 7°), известного под названием желтого пятна или macula (macula – по лат. «пятно»), В этом пятне содержится придающий ему соответствующую окраску пигмент, а помимо колбочек встречаются уже и палочки, однако число колбочек здесь значительно превышает число палочек.
Желтое пятно (по новой классификации – «пятно сетчатки») и особенно его углубление – фовеа, являются областью наиболее ясного видения. Эта область обеспечивает высокую остроту зрения: здесь от каждой колбочки к зрительному нерву отходит отдельное волокно; в периферической же части сетчатки одно зрительное волокно соединяется с рядом элементов (колбочек и палочек).
В сетчатке есть участок, совсем лишенный палочек и колбочек и поэтому нечувствительный к свету. Это место сетчатки, где ствол зрительного нерва, идущий к мозгу, выходит из глаза. Этот круглый участок сетчатки на дне глаза, диаметром около 1,5 мм, называют диском зрительного нерва. Соответственно ему в поле зрения можно обнаружить слепое пятно.
2a) Колбочки и палочки различаются по своим функциям: палочки более светочувствительны, но не различают цветов, колбочки различают цвета, но менее чувствительны к свету. Цветные объекты при слабом освещении, когда весь зрительный процесс осуществляется палочками, отличаются только яркостью, цвет же объектов в этих условиях не ощущается. В палочках имеется особое вещество, разлагающееся под действием света, – зрительный пурпур, или родопсин. В колбочках существует зрительный пигмент, называемый иодопсином. Разложение зрительного пурпура и зрительного пигмента под действием света представляет собой фотохимическую реакцию, в результате которой в нервных волокнах появляется электрическая разность потенциалов. Световое раздражение в виде нервных импульсов передается от глаза в мозг, где и воспринимается нами в виде света.
2 б) В последнем слое сетчатки, прилегающем к сосудистой оболочке, в виде отдельных зерен находится черный пигмент. Существование пигмента имеет большое значение для приспособления глаза к работе при различных уровнях освещенности, а также для уменьшения рассеяния света внутри глаза.
3) В Великобритании создали искусственный глаз и вживили его в тело человека. До операции он был полностью слеп, но теперь может самостоятельно передвигаться и различать простые предметы. На сетчатку в задней части глаза устанавливается крошечная металлическая пластина с 60-ю электродами. Миниатюрная видеокамера, установленная на специальных очках, направляет образы на преобразователь, передает сигналы на электроды, которые, в свою очередь, связаны со зрительным нервом, передающим зрительную информацию в виде электрических импульсов в головной мозг. Пациентам приходится носить на поясе небольшой прибор для питания камеры и обработки образов. Система не воссоздает естественное зрение, но позволяет видеть, хотя и с очень низким разрешением. Таким образом, вся система включает в себя имплантат и внешний передатчик видеосигнала, интегрируемый в оправу очков. Система преобразует зрительные образы в поддающиеся толкованию сигналы стимуляции. Затем нервные клетки стимулируются в соответствии с полученным беспроводным путем сигналом. Клетки стимулируются при помощи особых трехмерных электродов, расположенных на сетчатке глаза и имеющих форму крохотных гвоздиков. В этом случае электроды располагаются, как следует из рисунка, перед сетчаткой, то есть контактируют с внутренней ограничивающей оболочкой сетчатки, за которой расположены нервные волокна, нервные клетки непосредственно стимулируются электродом, сигнал подается на зрительный нерв, а затем в мозг.
Из этого примера следует, что электроды могут помещаться перед сетчаткой, контактируя с внутренней ограничивающей оболочкой сетчатки, за которой расположены нервные волокна. Другим возможным теоретическим способом вживления электрода, но более неоправданно сложным, является его помещение рядом со слоем элементов зрительного восприятия - колбочек и палочек (с внутренней стороны), потому что рядом с этим слоем с внутренней стороны расположены нервные волокна (слои 3-5 на рис.2а), которые могут стимулироваться электродом, предавать сигнал на зрительный нерв, передающий зрительную информацию в виде электрических импульсов в головной мозг.
4) Макулодистрофия - болезнь, при которой поражается сетчатка глаза и нарушается центральное зрение . В основе макулодистрофии лежит патология сосудов и ишемия (нарушение питания) центральной зоны сетчатки, ответственной за центральное зрение. Макулодистрофия бывает двух типов - сухая и влажная. Большинство больных (около 90 %) страдают сухой формой этого заболевания, при которой образуется и накапливается желтоватый налет, впоследствии оказывающий пагубное воздействие на фоторецепторы в желтом пятне сетчатки. Сухая макулодистрофия развивается сначала только на одном глазу. Намного опаснее влажная ВМД, при которой за сетчаткой начинают расти новые кровеносные сосуды в направлении желтого пятна. Влажная макулодистрофия прогрессирует значительно быстрее, чем сухая, и практически всегда проявляется у тех людей, которые уже страдают сухой макулодистрофией.
Пигментная дистрофия относится к периферическим дистрофиям сетчатки и носит наследственный характер. Это наиболее часто встречающееся из наследственных заболеваний сетчатки. При этом виде дистрофий происходит поражение клеток сетчатки. Вначале страдают палочки, затем постепенно в процесс вовлекаются колбочки. Поражаются оба глаза. Первой жалобой пациентов бывает нарушение сумеречного зрения (куриная слепота). Больные плохо ориентируются в сумерках и при плохом освещении. В дальнейшем постепенно сужаются поля зрения. Болезнь может начаться в детском возрасте, но иногда первые признаки возникают только во второй половине жизни. На глазном дне несколько лет, после появления жалоб может быть нормальная картина. Потом появляются пигментные отложения темно-коричневого цвета. Эти отложения иногда называют «костные тельца». Постепенно количество «костных телец» увеличивается, увеличиваются их размеры, очаги сливаются и распространяются по сетчатке и приближаются к центру глазного дна. По мере прогрессирования процесса поля зрения все более сужаются, сумеречное зрение ухудшается. Постепенно сужаются сосуды, диск зрительного нерва становится бледным, возникает атрофия зрительного нерва. Может развиться катаракта , отслойка сетчатки. Зрение постепенно падает и к 40-60 годам наступает слепота.
Тапеторетинальные дистрофии (синоним: тапеторетинальные дегенерации, тапеторетинальные абиотрофии) - наследственные заболевания сетчатки, общим признаком которых является патологическое изменение ее пигментного эпителия. Тапеторетинальные дистрофии характеризуются прогрессирующим снижением зрительной функции вплоть до слепоты. При этом заболевании (тапеторетинальной дегенерации, тапеторетинальной абиотрофии) как правило, поражаются оба глаза. Первый симптом дистрофии сетчатки - понижение зрения в темноте (гемералопия), позже появляются дефекты поля зрения, снижается острота зрения, изменяется глазное дно.
5) Смысл искусственного глаза состоит в том, что информация детектируется с помощью миниатюрной видеокамеры, затем образы направляются на преобразователь, передаются на электроды, которые, в свою очередь, связаны со зрительным нервом, передающим зрительную информацию в виде электрических импульсов в головной мозг. В принципе, необязательно помещать электрод именно в сетчатку. Просто это самый, пожалуй, удобный способ. А вообще главное, чтобы электрод был помещен рядом со зрительным нервом, поскольку именно зрительный нерв передает зрительную информацию в головной мозг. Можно поместить электрод в любом месте у зрительного нерва, а можно и в зрительный тракт, в головной мозг, можно поместить электрод у наружного коленчатого тела (правда в этом случае в зрительную кору будет попадать только половина изображения, если использовать один электрод, т.к. в головном мозге два наружных коленчатых тела, но эту проблему можно решить, используя два электрода). Кроме того, возможно поместить электрод у слухового нерва (но это не возможно сделать без операционного вмешательства в головной мозг).
6) а) В случае повреждения зрительного нерва зрительная информация не сможет полноценно, а может быть, и правильно передаваться в головной мозг. Однако повреждения и болезни зрительных нервов бывают разнообразные. Многие из них приводят к частичной потере зрения (ухудшению зрения). Поэтому можно предположить, что функционирование искусственного глаза хотя бы в минимальной степени будет возможно.
б) при полном отсутствии глаза при наличии здорового зрительного нерва возможно полноценное функционирование искусственного глаза. Даже при отсутствии глаза электрод может помещаться рядом со зрительным нервом, предавая на него сигнал, а затем сигнал передается в головной мозг.
в) только зная место повреждения зрительной коры, можно предсказать, какова будет потеря зрения. Но чего предсказать нельзя, так это реакции пациента: сам он этой потери может и не замечать. Бывает даже, что он отрицает факт полной слепоты, наступившей вслед за двусторонним разрушением зрительных областей. В итоге создается впечатление, что утрата этих областей означает также и утрату зрительной памяти. Этот неожиданный факт показывает, что процессов зрения мы еще по-настоящему не понимаем. В мозгу есть и такие места, локальное повреждение которых может лишить человека способности к узнаванию предметов, различению цветов, лиц и т. п. Это состояние называется психической слепотой (Seelenblindheit). Кроме того, подобные повреждения могут приводить к утрате одного из зрительных полуполей или к потере чувствительности какой-либо части тела. В общем случае можно сказать, что в случае повреждения зрительной коры мозга функционирование искусственного глаза будет частично возможно. Отметим, что возможно операционного вмешательство в головной мозг, приводящее к полному восстановлению функционирования искусственного глаза.
Сенсорные зоны в головном мозге не связаны в коре напрямую друг с другом, а взаимодействуют лишь с ассоциативными областями. Можно предположить, что переадресация соматосенсорной информации у слепых в зрительную кору и зрительной информации у глухих - в слуховую происходит с участием подкорковых структур. Такая переадресация представляется экономичной. При передаче информации от сенсорного органа в сенсорную область коры сигнал несколько раз переключается с одного нейрона на другой в подкорковых образованиях мозга. Одно из таких переключений происходит в таламусе (зрительном бугре) промежуточного мозга. Пункты же переключения нервных путей от разных сенсорных органов близко соседствуют (рис. 3, слева). При повреждении какого-либо сенсорного органа (или идущего от него нервного пути) его пункт переключения оккупируют нервные пути другого сенсорного органа. Поэтому сенсорные области коры, оказавшиеся отрезанными от обычных источников информации, вовлекаются в работу за счёт переадресации им иной информации. Но что происходит тогда с самими нейронами сенсорной коры, обрабатывающими чужую для них информацию?
Исследователи из Массачусетсского технологического института в США Джитендра Шарма, Алессандра Ангелуччи и Мриганка Сур брали хорьков в возрасте одного дня и делали зверькам хирургическую операцию: подсаживали оба зрительных нерва к таламокортикальным путям, ведущим в слуховую сенсорную кору (рис. 3). Целью эксперимента было выяснить, преобразуется ли слуховая кора структурно и функционально при передаче ей зрительной информации. (Напомним ещё раз, что для каждого типа коры характерна особая архитектура нейронов.) И в самом деле, это произошло: слуховая кора морфологически и функционально стала похожа на зрительную!
7) Для изготовления стимулирующих электродов должны применяться наноматериалы на основе металлов, в первую очередь, безвредные для организма человека. Это могут быть электроды на основе титана, золота, серебра, платины. Основными преимуществами их является безвредность для организма человека и миниатюрность. К недостаткам их можно отнести их чужеродность по отношению к телу человека, и как следствие, возможность возникновения отторжения при их внедрении в организм. Кроме того, металлы могут окисляться в организме до катионов, которые прекрасно растворимы в крови и разносятся по организму человека. И наконец, одна из самых главных проблем связанна с введением в организм наноматериала. Известно, что наночастицы имеют настолько малый размер, что могут самопроизвольно проникать к клетки, например, эритроциты, нейроны, приводя к нарушению их функционирования, и, следовательно, всего органа (или ткани).
8) Разрешающая способность существующих в настоящее время образцов искусственного глаза составляет порядка 256 пикселей. Она определяется, прежде всего, размером матрицы видеокамеры (см. ниже). Глаз человека, если сравнивать получаемое изображение с цифровыми устройствами, видит 100-мегапикселную картинку, что, естественно, на данном этапе развития технологии не достижимо.
9) Глаз человека, если сравнивать получаемое изображение с цифровыми устройствами, видит 100-мегапикселную картинку, это есть, видимо, некий предел для зрительного нерва человека, который предает зрительную информацию в головной мозг в виде электрических импульсов. Естественно, на данном этапе развития технологии такое разрешение искусственного глаза не достижимо. Понятно, что разрешение искусственного глаза определяется разрешением матрицы видеокамеры, которое зависит от ее размера. Размер матрицы, в свою очередь, влияет на размер и вес самой видеокамеры (размер оптической части линейно зависит от размера матрицы).
Размер матрицы фотокамеры влияет на количество цифрового шума, передаваемого вместе с основным сигналом на светочувствительные элементы матрицы. Физический размер матрицы и размер каждого пикселя в отдельности значительно влияют на количество шумов. Чем больше физический размер матрицы фотокамеры, тем больше ее площадь и тем больше света на нее попадает, в результате чего полезный сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал / шум будет лучше. Это позволяет получать более яркую, качественную картинку с естественными цветами. Кроме того, как уже было написано выше, матрица фотокамеры маленького размера (минимальный размер матрицы составляет 3,4 мм х 4,5 мм) из-за небольшого количества, попадающего на нее света, имеет слабый полезный сигнал, в результате его приходиться сильнее усиливать, а вместе с полезным сигналом усиливаются и шумы, которые становятся более заметными. Поскольку физический размер матрицы напрямую связан с количеством попадающего на матрицу света, то чем матрица больше, тем качественней будут фотографии в условиях плохой освещенности. Однако увеличение размера матрицы неминуемо повлечет за собой увеличение размеров и стоимости фотоаппарата. Матрица цифровой видеокамеры обладает несколькими важными характеристиками:
размер матрицы тесно связан с ее чувствительностью. Чем крупнее матрица, тем больше чувствительных элементов может быть на ней расположено, соответственно выше чувствительность.
чувствительность – способность матрицы воспринимать объекты при различных условиях освещения. Измеряется в люксах и обычно находится в диапазоне от 0 до 15 люкс. Чем меньше значение чувствительности, тем меньше видеокамере требуется света для работы. Так, например, при чувствительности 0 люкс вы можете вести съемку практически в полной темноте.
количество пикселей (разрешение) – необходимое количество пикселей зависит исключительно от системы телевидения – PAL или NTSC. Известно, что максимальное требуемое для съемки количество пикселей – около 415 000. Если видеокамера поддерживает более высокое разрешение, это значит, что остальные пиксели используются для работы электронного стабилизатора изображения.
Ввиду всех этих параметров, влияющих на разрешение матрицы, можно предположить, что теоретически достижимая разрешающая способность искусственного глаза с матрицей (например, ССD) размером не меньше 4 мм х 4 мм составляет порядка 10 мегапикселей. В настоящее время уже созданы видеокамеры с подобными параметрами. Отметим, что видеокамера с большим разрешением CCD-матрицы не обязательно будет снимать высококлассное видео. Матрица обрабатывает то, что проецирует объектив. Установка большой CCD при малом диаметре объектива, в принципе, бессмысленна. Если полученное через маленький объектив изображение растянуть на большую матрицу, не избежать оптических искажений.
10) При эксплуатации искусственного глаза могут возникнуть, во-первых, проблемы, которые сродни проблемам при эксплуатации обычной видеокамеры:
Необходимо будет очищать объектив (линзу) видеокамеры, и это будет непростой задачей, учитывая ее размер. Кроме того, это создаст большие неудобства и дискомфорт человеку с искусственным глазом.
Известно, что оптика работает в ограниченном интервале температур, при выходе из этого интервала случаются сбои. Кроме того, при перепаде температур происходит запотевание линзы, что опять приводит к неудобствам (см. пункт 1)
Известно, что видеокамера выходит из строя при повышенной влажности, такие же проблемы могут возникнуть и при эксплуатации искусственного глаза. Человек может банально попасть под дождь, и это приведет к выходу из строя камеры. Естественно, что человек с искусственным глазом будет иметь затруднения при приеме душа, умывании, не говоря уже о плавании в бассейне. Эти проблемы, конечно, разрешимы путем создания водонепроницаемого футляра для камеры, но это требует отдельного исследования с учетом размеров камеры и удобства для человека.
Кроме того, видеокамера отличается ударонестойкостью.
Невозожность работы при плохом освещении или ночью без использовании спецоборудования (правда, здесь есть одно большое преимущество искусственного глаза перед естественным: можно использовать видеокамеру, работающую в ИК-области. Получится своеобразный прибор ночного видения)
При ходьбе человека происходит встряска камеры, что приведет к ухудшению изображения. Эту проблему можно решить, применяя стабилизаторы изображения, но это требует отдельного исследования с учетом размеров камеры и удобства для человека.
Во-вторых, весь описанный механизм действия исскуственного глаза, в том числе и видеокамера, должны иметь элемент питания. А он требует периодической подзарядки. Понятно, что это создает ограничения при использовании и неудобства человеку. Наконец, могут возникать проблемы управления видеокамерой, ведь когда человек спит, камера должна быть выключена. И необходимо создать такое устройство, которое будет легко подчиняться человеку, например, выключаться или включаться по его голосу.
11) Преимущества искусственного глаза по сравнению с глазом человека:
Можно использовать видеокамеру, работающую в ИК-области. Получится своеобразный прибор ночного видения.
Возможна запись информации, которую человек увидел.
Возможно использование видеокамеры для просмотра фильмов
Недостатки искусственного глаза по сравнению с глазом человека:
более низкая разрешающая способность, а следовательно, качество изображения
ограничения по температурному интервалу, в котором работает глаз
неустойчивость к воздействию влаги (без использования специальных защитных чехлов)
неустойчивость к встряске
отсутствие “бокового зрения”
Бионический глаз - что это? Именно такой вопрос возникает у людей, которые впервые столкнулись с этим термином. В приведенной статье мы подробно на него ответим. Итак, приступим.
Определение
Бионический глаз - это устройство, позволяющее слепым различать ряд визуальных объектов и компенсировать в определённом объёме отсутствие зрения. Хирурги имплантируют его в повреждённый глаз в качестве протеза сетчатки. Тем самым они дополняют искусственными фоторецепторами сохранившиеся в сетчатке неповреждённые нейроны.
Принцип действия
Бионический глаз состоит из полимерной матрицы, снабжённой фотодиодами. Она фиксирует даже слабые электрические импульсы и транслирует их нервным клеткам. То есть сигналы преобразуются в электрическую форму и воздействуют на нейроны, которые сохранились в сетчатке. У полимерной матрицы есть альтернативы: инфракрасный датчик, видеокамера, особые очки. Перечисленные устройства могут восстановить функцию периферийного и центрального зрения.
Встроенная в очки видеокамера записывает картинку и отправляет её в процессор-конвертор. А тот, в свою очередь, преобразует сигнал и отсылает его ресиверу и фотосенсору, который вживлён в сетчатку глаза больного. И только потом электрические импульсы передаются в мозг пациента через оптический нерв.
Специфика восприятия изображения
За годы исследований бионический глаз претерпел множество изменений и доработок. В ранних моделях картинка передавалась с видеокамеры сразу в глаз пациента. Сигнал фиксировался на матрице фотодатчика и поступал по нервным клеткам в мозг. Но в этом процессе был один недостаток - разность в восприятии изображения камерой и глазным яблоком. То есть они работали не синхронно.
Другой подход состоял в следующем: вначале видеоинформация отправлялась в компьютер, который преобразовывал видимое изображение в инфракрасные импульсы. Они отражались от стёкол очков и попадали через хрусталик в глазную сетчатку на фотосенсоры. Естественно, пациент не может видеть ИК-лучи. Но их воздействие аналогично процессу получения изображения. Иными словами, перед человеком с бионическими глазами формируется доступное для восприятия пространство. А происходит это так: картинка, полученная от действующих фоторецепторов глаза, накладывается на изображение от камеры и проецируется на сетчатку.
Новые стандарты
С каждым годом биомедицинские технологии развиваются семимильными шагами. В данный момент собираются внедрять новый стандарт для системы искусственного зрения. Это матрица, каждая сторона которой будет содержать по 500 фотоэлементов (9 лет назад их было всего 16). Хотя, если провести аналогию с человеческим глазом, содержащим 120 млн палочек и 7 млн колбочек, то становится понятен потенциал дальнейшего роста. Стоит отметить, что информация передаётся в головной мозг через миллионы нервных окончаний, а потом их уже самостоятельно обрабатывает сетчатка.
Argus II
Этот бионический глаз был разработан и сделан в США компанией «Ясновидение». 130 пациентов с заболеванием пигментный ретинит воспользовались его возможностями. Argus II состоит из двух частей: встроенной в очки мини-видеокамеры и имплантата. Все объекты окружающего мира фиксируются на камеру и передаются в имплантат через процессор по беспроводной связи. Ну а имплантат с помощью электродов активирует имеющиеся у больного клетки сетчатки, отправляя информацию прямиком в зрительный нерв.
Пользователи бионического глаза уже через неделю чётко различают горизонтальные и вертикальные линии. В дальнейшем качество зрения через это устройство только возрастает. Argus II стоит 150 тысяч фунтов стерлингов. Однако исследования не прекращаются, так как разработчики получают различные денежные гранты. Естественно, искусственные глаза ещё довольно несовершенны. Но учёные делают всё, чтобы качество передаваемой картинки улучшилось.
Бионический глаз в России
Первым пациентом, которому в нашей стране вживили устройство, стал 59-летний челябинец Александр Ульянов. Операция шла на протяжении 6 часов в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА. За периодом реабилитации пациента следили лучшие офтальмологи страны. На протяжении этого времени в установленный Ульянову чип регулярно пускали электрические импульсы и отслеживали реакцию. Александр показывал отличные результаты.
Конечно, он не различает цветов и не воспринимает многочисленные объекты, доступные здоровому глазу. Окружающий мир Ульянов видит размыто и в чёрно-белом цвете. Но и этого ему достаточно для абсолютного счастья. Ведь последние 20 лет мужчина вообще был слепым. А сейчас его жизнь полностью изменил установленный бионический глаз. Стоимость операции в России составляет 150 тыс. рублей. Ну и плюс цена самого глаза, которая была указана выше. Пока устройство выпускают только в Америке, но со временем в России должны появиться аналоги.
Сам глаз находится в ямке, которая получила название глазница. По своей форме глаз более всего походит на яблоко, именно поэтому получило распространение название «глазное яблоко». Сквозь щель между нижним и верхним веком глазница немного выглядывает наружу, однако большая часть глаза находится внутри. Внутри глаза находится небольшой черный кружок, который принято называть зрачком. Ученые доказали, что при нахождении в темноте долгое время зрачок расширяется, а попадая на яркий свет, наоборот, сужается. Это происходит при содействии мышцы, находящейся внутри глаза, на радужке. Если вы не знаете, что такое радужка, то спешим вам сообщить, что это маленькое цветное колечко, которое располагается вокруг всего зрачка.
Черный цвет зрачка объясняется тем, что внутри глаза всегда пустота. Сзади, также как и в пленке фотоаппарата имеется несколько светочувствительных клеток. Данный слой, словно сеть, ловит лучи света. Название у данного слоя клеток – сетчатка. Внутри нее расположено не менее 140 миллионов клеток, которые крайне чувствительны к свету. При попадании света, внутри их начинают происходить различные химические реакции, моментально превращающиеся в импульс. Двигаясь по зрительному нерву, этот импульс попадает в самый центр мозга. Затем уже мозг вырабатывает сигнал и только после этого мы начинаем понимать, что же мы видим. Таким образом, мы только что описали, как видит глаз человека. Строение глаза Хрусталик полностью отвечает за четкость изображения.
Необходим хрусталик для того, чтобы собирать лучи, а затем направлять их на сетчатку. Чтобы сфокусировать лучи от стоящей далеко вещи, хрусталику необходимо быть более плоским, а если необходимо сосредоточиться на ближайшем предмете, то он вновь становится более толстым. За это отвечает специальная мышца, которая находится вокруг хрусталика. Когда она сокращается – хрусталик становится толще, когда расширяется – тоньше. Если необходимо посмотреть на предметы, находящиеся на разных расстояниях, то нам понадобится использовать абсолютно разную кривизну хрусталика.
Таким образом, глаз – это очень сложная естественная структура, которая позволяет видеть и реагировать на увиденное. Понять, почему видит глаз, можно разобравшись с его анатомией и увидев, что его строение аналогично фотоаппарату.
Искусственный глаз может быть:
- Бионическим глазом
- Электронным глазом
- Нано глазом
Электронный глаз - это устройство, которое позволяет воспринимать световые изменения или различать цвета (например, датчик или сенсор).
Канадский режиссер и продюсер Роб Спенс отважился на операцию, в ходе которой протез глаза, который он потерял еще в детстве, был заменен на миниатюрную камеру. Сам Спенс не может напрямую видеть при помощи своего нового глаза. В отличие от разнообразных проектов искусственных сетчаток камера Eyeborg не посылает сигналов в мозг. Вместо этого крошечный аппарат по беспроводному каналу отправляет картинку на портативный переносной экран. С этого прибора сигнал уже может быть переправлен на компьютер для записи и редактирования.
Бионический глаз - это искусственная зрительная система, имитирующая индивидуальный орган.
Дэниел Паланкер, сотрудник Стэнфордского университета и его научная группа "Биомедицинской физики и офтальмологических технологий", разработали протез сетчатки глаза высокого разрешения или "Бионический глаз".
В Японии также создана искусственная сетчатка глаза на основе патента США, которая в перспективе поможет вернуть зрение ослепшим пациентам. Как стало известно, технология разработана специалистами корпорации «Сэйко-Эпсон» и базирующегося в Киото Университета Рюкоку.
Искусственная сетчатка представляет собой фотосенсор, содержащий тончайшую алюминиевую матрицу с полупроводниковыми элементами из кремния. Для лучшего проведения базовых испытаний, она размещена на прямоугольной стеклянной табличке размером 1 см. Для последующих испытаний на животных, в частности, морских угрях, ее предполагается установить на гибких жидкокристаллических панелях.
По принципу действия искусственная сетчатка имитирует настоящую: при попадании лучей света в полупроводниках образуется электрическое напряжение, которое в качестве зрительного сигнала должно передаваться в мозг и восприниматься в виде изображения.
Разрешение светочувствительной матрицы в составляет 100 пикселей, но после уменьшения размеров чипа, оно может быть увеличено до двух тысяч графических элементов. По утверждению специалистов, если такой чип имплантировать полностью незрячему человеку, он сможет с близкого расстояния различать крупные предметы - такие, например, как дверь или стол.
Пациенты, которым был вживлен бионический глаз, показали способность не только различать свет и движение, но и определять предметы размером с кружку для чая или даже ножа. К некоторым из них вернулась способность читать крупные буквы.
Наноглаз - устройство, созданное с помощью нано технологий (например линза, которая накладывается на зрачок глаза). Такое устройство может не только возвращать потерянное зрение и компенсировать частично потеренные функции, но и расширить возможности человеческого глаза. Линза сможет проецировать изображение прямо на глазу или помочь улавливать свет намного лучше, что позволит видеть в темноте подобно кошке.
Технология наноглаз еще только развивается и неизвестно какие возможности предстанут перед человеком.
Американские инженеры разработали контактные линзы со способностью вывода визуальной информации непосредственно на глаза. Финансируют проект военно-воздушные силы США, которые надеются получить на выходе новое устройство для пилотов.
Майкл Макэлпайн из Принстона и его коллеги разработали 3D-принтер, печатающий контактные линзы из пяти слоев, один из которых излучает свет на поверхность глаза. Сами линзы изготавливаются из прозрачного полимера. Внутри них несколько компонентов: светодиоды из наноразмерных квантовых точек, проводка из серебряных наночастиц и органические полимеры (они выступают в роли материала для микросхем).
Сложнее всего, по словам Макэлпайна, было выбрать химические вещества, способные обеспечить прочный контакт слоев друг с другом. Другой трудностью была индивидуальная форма глазных яблок у людей: инженерам пришлось следить за изготовлением контактной линзы с помощью двух видеокамер, чтобы обеспечить совместимость с глазом пациента.
Ожидается, что новая разработка окажется полезной прежде всего для пилотов: контактные линзы будут передавать непосредственно на глаз информацию о ходе полета. Кроме того, в линзы можно будет поставить датчики, выявляющие химические биомаркеры усталости глаз.
Другие ученые сомневаются в практической ценности разработки: необходимое для включения дисплея на светодиодах напряжение слишком высоко, считает физик Рэймонд Мюррей из Лондона. Кроме того, необходимо обеспечить безопасность материалов. Известно, например, что селенид кадмия, из которого изготавливают квантовые точки, очень вреден для здоровья.
