1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Искусственный глаз на чипе моргает как настоящий

Создан первый в мире бионический глаз для слепых

Профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Вентаи Лю, посвятивший последние два десятка лет своей жизни исследованиям в этой области, заявил, что его команде удалось создать «первый бионический глаз для слепых».

Устройство получило название Argus II Retinal Prosthesis System. Команда ученых и инженеров надеется, что созданный ими протез сетчатки поможет людям преклонного возраста, которые потеряли зрение вследствие возрастных изменений или заболеваний, разрушающих светочувствительные рецепторы сетчатки глаза.

В основе искусственного глаза лежит крошечный, но очень производительный чип, разработанный профессором Лю, который имплантируется непосредственно в сетчатку глаза и берет на себя роль поврежденных фоторецепторов. Видеосигналы от миниатюрной камеры, встроенной в очки, передаются на микрокомпьютер, который пользователь носит на поясе. Обработав видеосигналы, микрокомпьютер посредством модуля беспроводной связи передает их на вживляемый в глаз чип, который по размерам не больше обычного ногтя. Данный чип стимулирует нервные окончания сетчатки электронными импульсами, которые по глазному нерву поступают в зрительный участок коры головного мозга. После этого головной мозг собирает их в цельное изображение.

Пациенты с Argus II Retinal Prosthesis System получают возможность видеть буквы, набранные крупным шрифтом, распознавать объекты и их движение. Более того, они могут видеть контуры и некоторые детали лиц других людей. Разрешение искусственной сетчатки составляет всего 60 точек, поэтому картинка далека от совершенства, но для людей, которые полностью лишены зрения, это невероятный прорыв. В пример ученые приводят мужчину, который ослеп в возрасте 20 лет, а в 70 лет первым принял участие в клинических испытаниях Argus II Retinal Prosthesis System.

«Он впервые увидел свет за последнее 50 лет и сказал, что чувствует себя так же хорошо, как инженер»,

— сказал профессор Вентаи Лю.

Господин Лю присоединился к проекту разработки искусственной сетчатки в далеком 1988 году в качестве профессора компьютерных технологий и электротехники в Университет штата Северная Каролина. В то время проектом руководил офтальмолог и нейрохирург доктор Марк Хумаюн из Университета Дьюка, который на данный момент является частью Калифорнийского университета. Именно он поручил Вентаи Лю создать искусственную сетчатку.

В настоящее время Вентаи Лю продолжает работать над развитием данной технологии. В тесном сотрудничестве с международной группой ученых, финансируемой Национальным научным фондом, профессор Лю и его команда выпускников факультета инженерии Калифорнийского университета тестируют два прототипа, которые могут похвастать разрешением 256 и 1026 точек. При этом команда ученых делает все, чтобы в размерах искусственная сетчатка никоим образом не увеличилась. В перспективе ученые рассматривают возможность создания искусственной сетчатки, которая позволит пациентам видеть мир во всех его цветах, и внедрения камеры непосредственно в глаз.

Исследования Вентаи Лю отошли далеко за пределы поставленных первоначально задач.

Читать еще:  От заразных комаров будут спасаться средством для похудения

«Чем больше я работаю, тем больше я становлюсь заинтересованным в понимании того, как работает мозг».

В своей лаборатории Вентаи Лю и его команда также работают над созданием устройств, которые смогут остановить эпилептические припадки и помочь людям, потерявшим способность говорить в результате паралича Белла в восстановлении парализованных лицевых мышц.

«Мы инженеры надежд. Некоторые вещи мы не в силах изменить, но почти каждый сбой в организме человека нам под силу поправить или полностью восстановить утраченные функции»,

Искусственный глаз на чипе моргает как настоящий

В июле 2019 года в здании Калифорнийской академии наук в Сан-Франциско миллиардер Илон Маск представил новейшую разработку своей компании Neuralink — мозговой чип N1. Это небольшое беспроводное устройство, призванное дополнить биологический интеллект искусственным, объединив способности людей и роботов. Чтобы установить его, достаточно просверлить в черепе отверстие диаметром 2 мм.

Чип призван помочь людям со слабоумием или параличом контролировать свои движения, но в перспективе сможет сгладить последствия возможного «восстания машин», которое произойдет, когда и если искусственный интеллект (ИИ) превзойдет по силе человеческий разум и захватит планету. С чипом N1, уверен Маск, человек всегда будет на шаг впереди машины, объединяя в себе все лучшее от биологического разума и ИИ.

За прошедшие несколько недель многие ученые подвергли идею миллиардера критике. Так, в колонке для Financial Times психолог и философ, преподаватель Принстона и Университета Коннектикута Сьюзан Шнайдер назвала совмещение мозга и ИИ «самоубийством для человеческого сознания». Причем инновация вызывает вопросы как технологического, так и философского характера, говорит Шнайдер.

Ссылаясь на австралийского писателя-фантаста Грега Игана, она описывает гипотетический сценарий будущего. Представьте, что сразу после рождения некое устройство под названием «алмаз» вживляется вам в мозг. «Алмаз» постоянно отслеживает активность мозга, обучаясь копировать ваши мысли и поведение. К тому моменту, как вы повзрослели, устройство настолько хорошо вас изучило, что фактически является копией мозга. И теперь можно спокойно провести хирургическое удаление мозга, оставив в черепе лишь «алмаз».

«Поскольку невозможно себе представить, чтобы сознание как таковое было скопировано на устройство, с удалением мозга вы просто-напросто себя убьете, — говорит Шнайдер. — Это говорит о том, что соединение человеческого интеллекта с ИИ, именно в смысле последующего вытеснения первого вторым, непродуманно и опасно».

С другой стороны, прогресс еще не достиг того уровня, на котором чип может «скопировать» информацию из мозга, признает Шнайдер. На данном этапе Маск планирует вживлять чип N1 испытуемым с параличом конечностей, причем в определенные участки коры мозга, ответственные за движение. «Инновации на основе ИИ действительно могут использоваться для поддержки активности нейронов. Но замена ими нормально работающих частей мозга в какой-то момент может убить пациента», — предупреждает Шнайдер. По ее словам, чем дальше заходит прогресс, тем сложнее будет остановиться.

Моргающий робоглаз сымитировал сухость настоящего

NPG Press / youtube.com

Ученые создали модель внешних слоев глаза человека, граничащих с окружающей средой. Полученная миниатюрная система содержит живые клетки, позволяя экспериментально изучать многие происходящие на глазной поверхности процессы, в том числе патологические — например, синдром сухого глаза. Одна из особенностей нового подхода — реалистичное моргание, благодаря которому стало возможно исследовать ранее недоступные для детального моделирования феномены, пишут авторы в журнале Nature Medicine.

Читать еще:  Без «химии» и лучевой терапии: рак простаты вылечили наночастицами

Человеческие органы обладают сложной структурой, включающей множество клеток разных типов. В частности, внешние покровы органов формируют специальные слои, призванные препятствовать попаданию чужеродных объектов и поддерживать гомеостаз — постоянство внутренних условий. Однако, несмотря на значительный прогресс в плане понимания подобных границ между тканями, получение их полноценных экспериментальных моделей остается серьезной проблемой.

Человеческий глаз в этом смысле не исключение, но его особенность заключается в соседстве с внешней средой. Это обстоятельство осложняет работу органа и налагает дополнительные ограничения, связанные с защитой от неблагоприятных факторов и патогенов. В контексте глаза модель органа могла бы помочь исследовать многие заболевания и найти более эффективные лекарства, а также определить роль моргания как в норме, так и в случае воспалительных процессов.

В работе американских ученых под руководством Тонына Уна (Dongeun Huh) представлен миниатюрный аналог глазной поверхности, созданный методами обратной разработки, то есть посредством копирования готового образца. Ключевым отличием данной разработки от альтернатив является учет моргания и включение живых человеческих клеток, что позволяет воспроизвести близкую к настоящей реакцию на лекарственный препарат.

Созданная авторами модель соответствует реальному глазу по геометрии и клеточному составу внешних слоев. Модель состоит из 3D-биопечатного куполообразного каркаса, который связан с системой снабжения питательной жидкостью, слезным каналом и биомиметическим веком, способным совершать поступательные движения. За основное вещество роговицы (стромы) отвечают помещенные внутрь каркаса кератоциты роговицы (фибробласты роговой оболочки), окруженные внеклеточной матрицей из гидрогеля. Живые клетки были получены из роговицы и соединительной оболочки (конъюнктивы) глаза человека.

Экспериментируя с полученной моделью, авторы смогли успешно воспроизвести связанный с повышенным испарением слез сухой кератоконъюнктивит, также называемый синдромом сухого глаза, и показали возможность проверки эффективности лекарств на примере лубрицина. Имитация моргания позволила собрать данные, указывающие на существенную роль вызываемых движением века сил в перераспределении клеток в роговице, однако эти результаты необходимо подтвердить дополнительными экспериментами.

Авторы заключают, что системы, подобные представленной в данной работе, вполне могут в будущем полностью заменить животные модели в качестве платформы для преклинических исследований препаратов против глазных заболеваний. В текущем виде в модели отражены лишь основные элементы настоящего глаза, для полноценного воспроизведения понадобится значительное усложнение, в том числе включение сосудистого питания, добавление иммунных клеток и иннервация.

Ранее сообщалось, что в США начались испытания имплантируемого в мозг чипа для восстанавливения зрения, а бионический глаз научился читать верхнюю строчку офтальмологической таблицы. О зрении человека мы рассказывали в материале «Зрение как оно есть». Также мы подробно описывали способ лазерной корректировки зрения в тексте «Тоньше алмазного ножа».

Создан первый в мире бионический глаз для слепых

Профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Вентаи Лю, посвятивший последние два десятка лет своей жизни исследованиям в этой области, заявил, что его команде удалось создать «первый бионический глаз для слепых».

Читать еще:  Ученые изучают атеросклероз на личинках рыб

Устройство получило название Argus II Retinal Prosthesis System. Команда ученых и инженеров надеется, что созданный ими протез сетчатки поможет людям преклонного возраста, которые потеряли зрение вследствие возрастных изменений или заболеваний, разрушающих светочувствительные рецепторы сетчатки глаза.

В основе искусственного глаза лежит крошечный, но очень производительный чип, разработанный профессором Лю, который имплантируется непосредственно в сетчатку глаза и берет на себя роль поврежденных фоторецепторов. Видеосигналы от миниатюрной камеры, встроенной в очки, передаются на микрокомпьютер, который пользователь носит на поясе. Обработав видеосигналы, микрокомпьютер посредством модуля беспроводной связи передает их на вживляемый в глаз чип, который по размерам не больше обычного ногтя. Данный чип стимулирует нервные окончания сетчатки электронными импульсами, которые по глазному нерву поступают в зрительный участок коры головного мозга. После этого головной мозг собирает их в цельное изображение.

Пациенты с Argus II Retinal Prosthesis System получают возможность видеть буквы, набранные крупным шрифтом, распознавать объекты и их движение. Более того, они могут видеть контуры и некоторые детали лиц других людей. Разрешение искусственной сетчатки составляет всего 60 точек, поэтому картинка далека от совершенства, но для людей, которые полностью лишены зрения, это невероятный прорыв. В пример ученые приводят мужчину, который ослеп в возрасте 20 лет, а в 70 лет первым принял участие в клинических испытаниях Argus II Retinal Prosthesis System.

«Он впервые увидел свет за последнее 50 лет и сказал, что чувствует себя так же хорошо, как инженер»,

— сказал профессор Вентаи Лю.

Господин Лю присоединился к проекту разработки искусственной сетчатки в далеком 1988 году в качестве профессора компьютерных технологий и электротехники в Университет штата Северная Каролина. В то время проектом руководил офтальмолог и нейрохирург доктор Марк Хумаюн из Университета Дьюка, который на данный момент является частью Калифорнийского университета. Именно он поручил Вентаи Лю создать искусственную сетчатку.

В настоящее время Вентаи Лю продолжает работать над развитием данной технологии. В тесном сотрудничестве с международной группой ученых, финансируемой Национальным научным фондом, профессор Лю и его команда выпускников факультета инженерии Калифорнийского университета тестируют два прототипа, которые могут похвастать разрешением 256 и 1026 точек. При этом команда ученых делает все, чтобы в размерах искусственная сетчатка никоим образом не увеличилась. В перспективе ученые рассматривают возможность создания искусственной сетчатки, которая позволит пациентам видеть мир во всех его цветах, и внедрения камеры непосредственно в глаз.

Исследования Вентаи Лю отошли далеко за пределы поставленных первоначально задач.

«Чем больше я работаю, тем больше я становлюсь заинтересованным в понимании того, как работает мозг».

В своей лаборатории Вентаи Лю и его команда также работают над созданием устройств, которые смогут остановить эпилептические припадки и помочь людям, потерявшим способность говорить в результате паралича Белла в восстановлении парализованных лицевых мышц.

«Мы инженеры надежд. Некоторые вещи мы не в силах изменить, но почти каждый сбой в организме человека нам под силу поправить или полностью восстановить утраченные функции»,

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector