Modelul computerizat avansat permite îmbunătățirea tehnologiei „Bionic Eye”

Cercetătorii au dezvoltat un model experimentat avansat de computer care reproduce formele și pozițiile a milioane de celule nervoase din ochi, precum și proprietățile fizice și de rețea asociate acestora. Concentrându-se pe modelele de celule nervoase care transmit informații vizuale de la ochi la creier, cercetătorii au identificat modalități de a spori claritatea și de a oferi viziunea culorilor către viitoarele dispozitive protetice retiniene.

Cercetători la Școala de Medicină Keck USC dezvoltați semnale care pot aduce o viziune și o claritate a culorilor îmbunătățite protezei pentru orbi.

Există milioane de oameni care se confruntă cu pierderea vederii lor din cauza bolilor degenerative ale ochilor. Tulburarea genetică pigmentoză retiniană numai afectează 1 din 4.000 de persoane din întreaga lume.

Astăzi, există tehnologie disponibilă pentru a oferi viziune parțială persoanelor cu acest sindrom. Argus II, prima proteză retiniană din lume, reproduce mai multe funcții ale unei părți a ochiului esențiale pentru vedere, pentru a permite utilizatorilor să perceapă mișcarea și forma.

În timp ce câmpul protezelor de retină este încă la început, pentru sute de utilizatori de pe tot globul, „ochiul bionic” îmbogățește modul în care interacționează zilnic cu lumea. De exemplu, vizualizarea schițelor de obiecte le permite să navigheze prin medii necunoscute cu securitate suplimentară.

Acesta este doar începutul. Cercetătorii caută îmbunătățiri viitoare în tehnologie, având în vedere un obiectiv ambițios.

Gianluca Lazzi

Dr. Gianluca Lazzi. Credit: Gianluca Lazzi

„Scopul nostru este acum să dezvoltăm sisteme care să imite cu adevărat complexitatea retinei”, a declarat Gianluca Lazzi, profesor de oftalmologie și inginerie electrică la USC Keck School of Medicine și USC Viterby School of Engineering.

El și colegii săi din USC au cultivat progresul cu o pereche de studii recente folosind un model computerizat avansat despre ceea ce se întâmplă în retină. Modelul lor dovedit experimental reproduce formele și pozițiile a milioane de celule nervoase din ochi, precum și proprietățile fizice și de rețea asociate acestora.

„Lucruri pe care nici măcar nu le vedeam înainte, le putem modela acum”, a spus Lazzi, care este și profesorul Fred H. Cole în inginerie și director al Institutului USC pentru tehnologie și sisteme medicale. “Putem imita comportamentul sistemelor nervoase, deci putem înțelege cu adevărat de ce sistemul nervos face ceea ce face.”

Concentrându-se pe modelele de celule nervoase care transmit informații vizuale de la ochi la creier, cercetătorii au identificat modalități de a spori claritatea și de a oferi viziunea culorilor către viitoarele dispozitive protetice retiniene.

Ochi, bionic și altfel

Pentru a înțelege modul în care modelul computerului poate îmbunătăți ochiul bionic, vă ajută să știți puțin despre modul în care apare viziunea și cum funcționează proteza.

Când lumina pătrunde în ochiul sănătos, lentila o focalizează pe retină, în partea din spate a ochiului. Celulele numite fotoreceptori traduc lumina în impulsuri electrice care sunt procesate de alte celule din retină. După procesare, semnalele trec împreună către celulele ganglionare, care dau informații de la retină la creier prin cozi lungi, numite axoni, care se unesc pentru a forma nervul optic.

Fotoreceptorii și celulele de procesare mor în afecțiuni degenerative ale ochilor. Celulele ganglionare ale retinei rămân de obicei funcționale mai mult timp; Argus II dă semnale direct acelor celule.

“În aceste condiții nefericite, nu mai există un set bun de intrări de celule ganglionare”, a spus Lazzi. „În calitate de ingineri, ne întrebăm cum putem furniza acea intrare electrică”.

Un pacient primește un mic implant ocular cu un șir de electrozi. Acești electrozi sunt activați de la distanță atunci când un semnal este transmis de o pereche de ochelari speciali având o cameră în ele. Modelele de lumină detectate de cameră determină ce celule ganglionare ale retinei sunt activate de electrozi, trimitând un semnal către creier care are ca rezultat percepția unei imagini alb-negru care conține 60 de puncte.

Modelul computerului evaluează noi progrese

În anumite condiții, un electrod din implant va stimula accidentele celulelor învecinate cu ținta sa. Pentru utilizatorul ochiului bionic, această stimulare a axonilor în afara țintei are ca rezultat percepția unei forme alungite în locul unui punct. Într – un studiu publicat în Tranzacții IEEE în sisteme neuronale și inginerie de reabilitare, Lazzi și colegii săi au stabilit modelul computerului pentru a aborda această problemă.

„Vrei să activezi această celulă, dar nu și axonul vecin”, a spus Lazzi. „Așadar, am încercat să creăm o formă de undă de stimulare electrică care să vizeze mai specific celula.”

Cercetătorii au folosit modele pentru două subtipuri de celule ganglionare ale retinei, la nivel unicelular, precum și în rețele mari. Ei au identificat un model scurt de impulsuri care vizează preferențial corpurile celulare, cu o activare mai mică a axonilor în afara țintei.

Un alt studiu recent în jurnal Rapoarte științifice a aplicat același sistem de modelare computer pe aceleași două subtipuri de celule pentru a investiga cum să codificați culoarea.

Această cercetare se bazează pe cercetări anterioare care arată că persoanele care utilizează Argus II percep schimbări de culoare cu modificări ale frecvenței semnalului electric – numărul de repetări ale semnalului pentru o anumită durată. Folosind modelul, Lazzi și colegii săi au dezvoltat o strategie pentru ajustarea frecvenței semnalului pentru a crea percepția culorii albastre.

Dincolo de posibilitatea adăugării viziunii culorilor la ochiul bionic, codarea nuanțelor poate fi combinată cu inteligența artificială în viitoarele progrese bazate pe sistem, pentru a evidenția elemente deosebit de importante din mediul unei persoane, cum ar fi fețele sau porțile.

“Există un drum lung de parcurs, dar ne îndreptăm în direcția cea bună”, a spus Lazzi. „Putem dona aceste proteze cu inteligență și cu cunoștințe vine puterea”.

Referințe:

„Selectivitatea culorii și a celulelor subtipurilor de celule ganglionare retiniene prin modularea frecvenței de stimulare electrică” de Javad Paknahad, Kyle Loizos, Lan Yue, Mark S. Humayun și Gianluca Lazzi, 4 martie 2021, Rapoarte științifice.
DOI: 10.1038 / s41598-021-84437-w

„Stimularea țintită a celulelor ganglionare ale retinei în proteze epiretinale: un studiu computațional în mai multe etape” de Javad Paknahad, Kyle Loizos, Mark Humayun și Gianluca Lazzi, 29 septembrie 2020, Tranzacții IEEE în sisteme neuronale și inginerie de reabilitare.
DOI: 10.1109 / TNSRE.2020.3027560

Pentru studii

Ambele studii au fost realizate de aceeași echipă de cercetare USC. Primul autor în ambele este Javad Paknahad, un student absolvent de inginerie electrică. Alți autori sunt Kyle Loizos și Dr. Mark Humayun, co-inventator al protezei de retină Argus II.

Rapoarte științifice studiul a fost sustinut de National Science Foundation (1833288), National Institutes of Health (R21EY028744, U01EB025830) si Research on Blindness Prevention.

Descoperire: Mark Humayun, MD, dr., Este co-inventator al seriei de implanturi Argus și primește plăți pentru familia regală.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.