Effektive prothetische Retina-Gerät für Blindheit

Die Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS) berichtet, dass zwei Forscher des Weill Cornell Medical College einen wichtigen Durchbruch bei den langfristigen Bemühungen zur Wiederherstellung der Sehkraft erzielt haben. Dem Team gelang es, den neuralen Code der Netzhaut von einer Maus zu entschlüsseln und diese Information mit einer neuartigen Prothesenvorrichtung zu verbinden, um blinden Mäusen das Sehvermögen wiederherzustellen. Sie berichten, dass sie auch den Code für eine Affen-Netzhaut entziffert haben, der mehr oder weniger mit der von Menschen identisch ist, und hoffen, dass sie in naher Zukunft ein Gerät für blinde Menschen entwickeln und testen können.
Im Gegensatz zu derzeit erhältlichen Prothesen, die blinden Benutzern Lichtpunkte und -kanten bieten, die ihnen beim Navigieren helfen, verfügt dieses neuartige Gerät über einen Code zur Wiederherstellung einer normalen Sehschärfe, die so genau ist, dass Gesichtsmerkmale erkannt werden können und Tiere bewegende Bilder verfolgen können.
Dr. Sheila Nirenberg, Computational Neuroscientist bei Weill Cornell, stellt die Hypothese auf, dass blinde Menschen eines Tages ein Visier ähnlich dem von Star Trek tragen könnten, das Licht aufnimmt und einen Computerchip verwendet, der das Licht in einen Code umwandelt , die das Gehirn dann in ein Bild übersetzen kann.
Dr. Nirenberg, Professor an der Abteilung für Physiologie und Biophysik am Institut für Computational Biomedicine bei Weill Cornell, kommentierte: "Es ist eine aufregende Zeit. Wir können blinde Maus-Retinas sehen und wir bewegen uns so schnell wie möglich das Gleiche bei Menschen zu tun. "
Diese neue Entdeckung bietet Hoffnung für 25 Millionen blinde Menschen weltweit, deren Blindheit durch Erkrankungen der Netzhaut verursacht wurde und deren einzige Hoffnung auf eine Wiedererlangung der Sehkraft in einer prothetischen Vorrichtung liegt.
Dr. Nirenberg erklärt: "Dies ist die erste Prothese, die ein normales oder fast normales Sehvermögen bieten kann, weil sie den Code enthält."

Den Code entdecken

Bei normalem Sehen fällt Licht auf Photorezeptoren auf der Netzhautoberfläche, die dann von der Netzhautschaltung verarbeitet und in einen Code neuronaler Impulse umgewandelt werden, die anschließend durch die Ganglienzellen der Netzhaut (Ausgangszellen) zum Gehirn übertragen werden. Das Gehirn übersetzt dann diese Codes neuraler Impulse in aussagekräftige Bilder.
Ursache für die Erblindung sind häufig Erkrankungen der Netzhaut, die die Photorezeptoren abtöten und die Netzhaut zerstören. In der Regel beschädigen diese Erkrankungen jedoch nicht die Ganglienzellen der Netzhaut. Prothetik, die derzeit verfügbar ist, funktioniert typischerweise, indem diese überlebenden Zellen angetrieben werden. Das blinde Auge des Patienten wird mit Elektroden implantiert, die die Ganglienzellen mit Strom anregen, was zu rauen Gesichtsfeldern führt.

Es wird eine beträchtliche Menge an Forschung betrieben, um die Leistung zu verbessern, indem mehr Stimulatoren in das Auge des Patienten implantiert werden, in der Hoffnung, dass diese mehr Ganglienzellen in dem beschädigten Gewebe aktivieren und die Qualität der erzeugten Bilder verbessern werden. Andere Forscher experimentieren mit lichtempfindlichen Proteinen, die durch Gentherapie als alternativer Weg zur Stimulation der Zellen in die Netzhaut eingeführt werden. Einmal in das Auge eingeführt, können diese Proteine ??viele Ganglienzellen gleichzeitig angreifen.
Dr. Nirenberg betont, dass es einen weiteren kritischen Faktor gibt: "Es ist nicht nur notwendig, eine große Anzahl von Zellen zu stimulieren, sondern sie müssen auch mit dem richtigen Code stimuliert werden, den die Netzhaut normalerweise für die Kommunikation mit dem Gehirn verwendet." Dieser spezielle Code ist die bahnbrechende Entdeckung, die die Weill-Forscher gemacht haben und die sie in ein neuartiges prothetisches System integriert haben.
Sie erklärte, dass alle Lichtmuster, die auf die Netzhaut fallen, in einen allgemeinen Code, eine Reihe von Gleichungen umgewandelt werden müssten, die Lichtmuster in Muster elektrischer Impulse verwandeln. Er sagt: "Die Leute haben versucht, den Code zu finden, der das für einfache Reize tut, aber wir wussten, dass er verallgemeinerbar sein musste, damit er für alles funktionieren konnte - Gesichter, Landschaften, alles, was eine Person sieht."

Vision = Chip Plus Gentherapie

Die Idee, den Code auf eine Prothese anzuwenden, kam Dr. Nirenberg bei der Arbeit an dem Code aus einem anderen Grund, und sie und ihr Team verfolgten die Idee sofort, indem sie die mathematischen Gleichungen auf einem "Chip" implementierten und mit einem kombinierten Mini-Projektor. Der Chip fungiert als "Encoder", indem er Bilder, die ins Auge fallen, in Ströme elektrischer Impulse umwandelt, während der Mini-Projektor diese elektrischen Impulse in Lichtimpulse umwandelt, die die in die Ganglienzellen eingeführten lichtempfindlichen Proteine ??antreiben im Gegenzug den Code an das Gehirn übertragen.
Sie testeten ihre gesamte Theorie über die Maus, indem sie zwei Prothesensysteme bauten, von denen eines den Code und das andere den Code hatte. Dr. Nirenberg sagte: "Die Einbeziehung des Codes hatte eine dramatische Wirkung. Er hat die Systemleistung auf fast normale Werte gesprungen - das heißt, es gab genug Informationen in der Ausgabe des Systems, um Bilder von Gesichtern und Tieren zu rekonstruieren. "
Nachdem sie eine umfassende Reihe von Experimenten durchgeführt hatten, entdeckten sie, dass die Muster, die von den blinden Netzhäuten bei Mäusen erzeugt wurden, denen, die von normalen Netzhäuten der Maus erzeugt wurden, nahekamen.
Dr. Nirenbeck erklärt: "Der Grund, warum dieses System funktioniert, ist zweifach. Der Encoder - der Satz von Gleichungen - ist in der Lage, retinale Transformationen für eine breite Palette von Stimuli, einschließlich natürlicher Szenen, nachzuahmen und somit normale Muster von elektrischen Impulsen zu erzeugen. und der Stimulator (das lichtempfindliche Protein) ist in der Lage, diese Impulse an das Gehirn zu senden.Was diese Ergebnisse zeigen, ist, dass die entscheidenden Bestandteile für den Aufbau einer hochwirksamen Netzhautprothetik - der Netzhautcode und eine hochauflösende Stimulationsmethode - sind jetzt, zu einem großen Teil, an Ort und Stelle. "
Die neuartige Netzhautprothetik muss klinische Studien an Menschen durchlaufen, um die Sicherheit der Gentherapiekomponente zu bestimmen, die das lichtempfindliche Protein liefert, aber Nirenberg ist optimistisch, dass es sicher ist, da ähnliche Gentherapievektoren erfolgreich für andere Netzhauterkrankungen getestet wurden. Sie kommt zu dem Schluss: "Das war alles aufregend. Ich kann es kaum erwarten, diesen Ansatz für die Patienten zu entwickeln."
Dr. Nirenberg und ihre Assistentin Dr. Pandarinath haben eine Patentanmeldung für das Prothesensystem eingereicht, das über die Cornell University eingereicht wurde.
Geschrieben von Petra Rattue