Протез сетчатки - надежда для слепых

Двое исследователей из медицинского колледжа Вейлл Корнелл (Weill Cornell) расшифровали нейронный код сетчатки мыши и использовали полученную информацию для создания протеза, чтобы восстановить зрение у слепой мыши. Исследователи утверждают, что они также «раскусили» код сетчатки обезьяны, который очень схож с человеческим, и надеются, что им быстро удастся разработать и протестировать устройство, которое смогут использовать слепые.

Это достижение, опубликованное в журнале «Известия Национальной Академии Наук США», указывает на огромное продвижение вперед в решении проблемы восстановления зрения. Обычные протезы обеспечивают слепых пациентов малыми световыми потоками для ориентировки в пространстве. Новейшее устройство раскрывает код на пути к восстановлению зрения. Этот код настолько точен, что позволяет разглядеть черты лица человека, а животные могут уследить за движущимися объектами.

Главный исследователь проекта, нейробиолог-теоретик доктор Шейла Ниренберг надеется, что придет день, когда слепые смогут выбрать себе защитные очки, подобные тем, что использовались в американском телешоу «Звездный путь». Камера в таких очках будет снимать изображение и использовать компьютерный чип для превращения его в код, который мозг затем преобразует в зрительный образ.

«Сейчас - чудесное время. Мы можем сделать так, чтобы сетчатка мыши стала «видеть», и продвигаемся как можно быстрее в направлении «видения» сетчатки человека», - говорит профессор факультета физиологии и биофизики, а также института теоретической биомедицины в Вейлл Корнелл доктор Ниренберг. Соавтором исследования также является доктор Четан Пандаринаф, который сейчас работает научным сотрудником в Стэнфордском университете.

Этот новый научный подход сулит надежду 25 миллионам человек во всем мире, у которых слепота вызвана заболеваниями сетчатки. Поскольку терапия лекарственными средствами помогает только небольшой части таких больных, протезные устройства являются наилучшим решением, чтобы попытаться вернуть зрение у таких пациентов. Как объяснила доктор Ниренберг, это первый протез, который обладает способностью обеспечить нормальное или близкое к нормальному зрение, потому что он включает в себя процесс кодирования.

Расшифровка кода

Нормальное зрение обеспечивается попаданием лучей света на фоторецепторы, находящиеся на поверхности сетчатки. «Электрическая цепь» сетчатки преобразует затем полученные сигналы от фоторецепторов в последовательность (код) нервных импульсов. Полученные импульсы пересылаются после этого в мозг ретинальными клетками вывода сигнала, называемыми также клетками ганглия (или нервного узла). Мозг воспринимает эту последовательность нервных импульсов и преобразует её в понятный зрительный образ.

Слепота часто связана с заболеваниями сетчатки, при которых умирают фоторецепторы или разрушаются элементы «электрической цепи» - но, как правило, клетки вывода сигнала при таких заболеваниях не страдают.

Описанные выше протезы и работают за счет приведения в действие этих выживших клеток. В глаз больного имплантируются электроды, которые стимулируют клетки ганглия электрическим током. Однако эта процедура приводит к возникновению нечетких зрительных полей.

Многие ученые работают над тем, чтобы улучшить работоспособность, помещая как можно больше стимулирующих электродов в глазное яблоко пациента. Они надеются, что с увеличением числа стимуляторов увеличится количество активных клеток ганглия в поврежденной ткани и улучшится качество изображения.

Другие научные группы проводят испытания с использованием светочувствительных белков - как альтернативный подход к стимуляции клеток. Эти белки вводят в сетчатку с помощью генной терапии. Как только они оказываются в глазу, они могут одновременно быть нацелены на многие клетки ганглия.

Но, как указывает доктор Ниренберг, существует другой, решающий, фактор: «Необходимо не просто стимулировать огромное количество клеток, но стимулировать их правильной последовательностью-кодом, т.е. тем кодом, который сетчатка использует для передачи информации в мозг.»

Доктор Ниренберг доказала, что любая структура световых лучей, попадающих на сетчатку, должна быть преобразована в общую последовательность-код, т.е. в систему уравнений, преобразующих световые моделируемые изображения в электрические. Исследователи пытаются найти код, который сможет работать для простых стимулирующих воздействий. «Мы знали, что он должен быть обобщенным, т.е. работать с любыми объектами - лицами, ландшафтами и прочими объектами, которые обычно видит человек», - сказала доктор Ниренберг.

Зрение = чип + генная терапия

Они встроили систему математических уравнений в чип и соединили его с мини-проектором. Чип-кодировщик, преобразует изображение, которое поступает в глаз в поток электрических импульсов, а затем мини-проектор преобразует их в световые импульсы. Затем эти световые импульсы заставляют работать светочувствительные белки, размещенные в клетках ганглия, с целью передачи полученного кода в мозг.

Вся процедура была протестирована на лабораторной мыши. Исследователи сконструировали две протезных системы: одну, содержащую код, и другую - без кода. «Встраивание кода оказало сильнейшее влияние», - сказала доктор Ниренберг. - «Оно повысило работоспособность системы до почти нормального уровня. Таким образом, на выходе системы имелось достаточно информации для преобразования изображений лиц людей, животных и почти всего, что мы пытались изучить.»

В результате серий экспериментов ученые выяснили, что зрительные шаблоны, возникающие на сетчатке слепой мыши, очень близки к тем, которые образуются на сетчатке здоровой мыши.

«Есть два элемента, благодаря которым эта система работает», - сказала доктор Ниренберг. «Это - кодировщик, т.е. система уравнений, способная «подражать» преобразованиям на сетчатке для широкого спектра стимулирующих воздействий, включая обычные модели, - при этом создавая типичные наборы электрических импульсов. И - стимулятор (светочувствительный белок), пересылающий эти импульсы в мозг.»

Следующим шагом должно стать тестирование нового протеза сетчатки на людях. Оба доктора - Ниренберг и Пандаринаф - подали заявку на получение патента на протезную систему, зарегистрированную в Корнеллском университете.

Источник: Вейлл Корнелл Материал подготовлен: Theochem