SiNAPSA, nedelja, 30. april 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Bionični vid

Marko Hawlina

Vidni sistem je sestavljen iz štirih redov nevronov. Prvi red nevronov v vidni poti so fotoreceptorske celice v mrežnici, drugi red nevronov pa so bipolarne celice mrežnice, ki povezujejo fotoreceptorske celice z ganglijskimi celicami. Ganglijske celice so tretji red nevronov, ki zapustijo mrežnico po vidnem živcu in se v lateralnem genikulatnem jedru preklopijo na četrti red nevronov, ki končajo v vidnem centru v zatilnem delu možganov. Vidna zaznava temelji na pretvorbi svetlobe v električni tok, kar se v naravnem okolju odvija v zunanjih segmentih fotoreceptorjev. V kolikor so le-ti okvarjeni, je naravni električni tok možno nadomestiti z zunanjo električno stimulacijo.

Marko HawlinaZunanja električna stimulacija je možna na vseh štirih redovih nevronov. Izbira je odvisna od tega, kateri nevroni so prizadeti zaradi bolezni in kateri so še ohranjeni. Zunanja električna stimulacija sproži pretok električnih tokov, ki povzročijo zaznavo svetlobe, kar imenujemo »fosfeni«1.

Stimulacija mrežnice

Ideja za zunanjo električno stimulacijo mrežnice se je porodila, ker so pri večini prirojenih okvar ali distrofij mrežnice prizadete fotoreceptorske celice, manj pa druge plasti v mrežnici. Tako so nevroni drugega in tretjega reda (bipolarne in ganglijske celice), ob pogoju, da je vidni živec ohranjen, primerni za zunanjo električno stimulacijo. Obstajajo dve vrsti elektrod: prve, subretinalne, se vložijo med fotoreceptorsko plast in retinalni pigmentni epitel. Imenujemo jih subretinalni implant. Druga vrsta elektrod pa se položi na mrežnico z notranje strani ter tako neposredno draži ganglijske celice mrežnice.

Od vseh implantatov v vidni poti so doslej največji uspeh pokazali implantati na mrežnici. Te naprave so bile največkrat testirane pri bolnikih, ki imajo očesno bolezen imenovano retinitis pigmentosa (RP). Ta prizadene fotoreceptorske celice, pri tem pa ganglijske celice mrežnice ostanejo relativno nepoškodovane. Trenutno obstaja sedem večjih tekočih projektov bioničnih implantatov, ki so sredi testiranj. Od teh sta najbolj izpopolnjena dva: Alpha-IMS, Retina Implant AG, Nemčija, je vsajen v kliničnih študijah pri več kot 40 bolnikih2. Leta 2013 je prejel CE dovoljenje za uporabo v Evropski uniji. Pri tem sistemu slika iz okolja neposredno pada na elektronsko tipalo, ki je istočasno tudi dražilni elektrodni implantat vgrajen pod mrežnico. Drugi najbolj izpopolnjen in tudi že komercialno dostopen sistem je Argus II družbe Second Sight (Second Sight, Lausanne, Švica). Pri tem sistemu se slika iz okolja najprej prenese v posebna očala, ki nato oblikujejo vzorec draženja implantiranih elektrod na mrežnici. Sistem je bil doslej vsajen in je v fazi kliničnih preskušanj pri več kot 45 bolnikih v Evropi in Združenih državah Amerike3. Poleg teh dveh naprav so bile razvite še naprave IRIS družbe IMI (Innovative Medical Initiative), ki je bila doslej vsajena pri 20 bolnikih ter sistemi družb Bionic Vision Australia, Boston Retina Implant Project, Nidek Co, Ltd (Nidek Co., Aichi, Japonska) in Stanford fotovoltaična proteza (PRIMA) 4.

Stimulacija vidnega živca in možganske skorje

V primeru, da je mrežnica popolnoma okvarjena, je možno neposredno dražiti vidni živec. Naprave za stimulacijo vidnega živca temeljijo na predpostavki, da bi s posebnimi obročki okoli vidnega živca neposredno dražili nevrone tretjega reda, ko zapustijo oko in potujejo v možgane. Doslej sta bila s tem sistemom v Belgiji operirana le dva pacienta. Težava, ki jo predstavlja taka stimulacija, je nezmožnost lokalizacije vidnih zaznav in tudi relativno težaven operativni pristop5.

V primeru, da so povsem okvarjeni tudi vidni živci, je možna tudi neposredna stimulacija možganske skorje vidnega centra. To so prvič preizkusili že leta 1967, kjer so ugotovili, da lahko električna stimulacija vidnega sistema povzroči svetlobne zaznavne (fosfene) z zanesljivo lego, obliko in velikostjo; vendar pa je bilo neugodno, da je bil za tovrstno stimulacijo potreben relativno velik kirurški poseg, ob stimulaciji pa so se pojavljale bolečine. Tehnologija ICMS (Intracortical microstimulation) teoretično omogoča manj invazivne pristope in boljšo prostorsko resolucijo6, vendar ti implantati še niso v fazi kliničnih preizkušanj.

Kako dober je bionični vid ?

Doslej je od skupaj nekaj preko 100 implantiranih naprav povrnilo del uporabnega vida približno eni četrtini bolnikov, medtem ko se je pri nadaljnji polovici povrnilo zaznavanje svetlobe, pri eni četrtini pa implanti niso imeli učinka na vid. Najboljša dosežena vidna ostrina s subretinalnim implantom je bila približno 0,01, kar je nekako primerljivo s štetjem prstov na 3–4 metre. To omogoča zaznavo večjih črk ali predmetov, črt na cesti in orientacijo v prostoru. Pri bolnikih z najboljšimi rezultati so poročali tudi o osnovni zaznavi obrazov7. Kljub temu, da s pomočjo implantatov še ni mogoče videti bolje, je že zaznavanje svetlobe in večjih predmetov bolnikom v veliko pomoč. Upamo lahko, da se bo s tehnološkim napredkom ločljivost povečala.

    ___
  1. Dobelle, W.H., & Mladejovsky, M.G. (1974). Phosphenes produced by electrical stimulation of human occipital cortex, and their application to the development of a prosthesis for the blind. Journal of Physiology, 243, 553–576. 

  2. Zrenner E. Fighting blindness with microelectronics. Sci Transl Med.( 2013) Nov 6;5(210):210ps16. 

  3. Humayun, M.S., Dorn, J.D., da Cruz, L., Dagnelie, G., Sahel, J.A., Stanga, P.E., … Cideciyan, A.V. (2012). Interim results from the international trial of Second Sight’s visual prosthesis. Ophthalmololgy, 119, 779–788. 

  4. Guenther, T., Lovell, N.H., & Suaning, G.J. (2012). Bionic vision: System architectures: A review. Expert Review of Medical Devices, 9, 33–48. 

  5. Brelen, M.E., Vince, V., Gerard, B., Veraart, C., & Delbeke, J. (2010). Measurement of evoked potentials after electrical stimulation of the human optic nerve. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 51, 5351–5355. 

  6. Bak, M., Girvin, J.P., Hambrecht, F.T., Kufta, C.V., Loeb, G.E., & Schmidt, E.M. (1990). Visual sensations produced by intracortical microstimulation of the human occipital cortex. Medical & Biological Engineering & Computing, 28, 257–259. 

  7. Guerra, S., Stanga, P., Merlini, F., Sahel, J., Mohand-Said, S., daCruz, L., … Greenberg, R. (2013). Detection of human faces by blind patients implanted with the Argus II Retinal Prosthesis System. Presented at the Artificial Vision meeting, August 8–9, 2013, Aachen, Germany. 

prof. dr. Marko Hawlina, dr. med.
Očesna klinika,
Univerzitetni klinični center Ljubljana