Исцелить слепого: наноимплантат способен вернуть зрение
Группа европейских учёных разработала крошечный глазной имплантат, который эффективно преобразует электрические сигналы в зрительные образы в мозге.
Причиной слепоты часто бывают повреждения в глазу. Однако в таких случаях зрительная кора головного мозга остаётся невредимой. Она по-прежнему активна и словно ожидает, чтобы глаз опять начал транслировать на неё образы из внешнего мира.
Установка зрительного имплантата слепым — концепция не новая. Однако с момента появления в 1990-х технология вживления вспомогательных медицинских устройств столкнулась с рядом проблем. Имплантату требуются тысячи электродов для имитации электрических сигналов, которые глаз посылает в мозг для создания визуального образа. Но один электрод представляет только один пиксель информации. Громоздкий размер такого имплантата и угроза чрезмерно травмировать головной мозг затрудняют установку описанных средств.
Мария Асплунд — профессор биоэлектроники Технологического университета Чалмерса в Швеции. Асплунд объяснила, что помимо трудностей с имплантацией громоздкого устройства результат такой борьбы со слепотой оставляет желать лучшего. Даже в случае успеха видимая в итоге картинка далека от воспринимаемой здоровым человеком. Изображение, создаваемое электрическими импульсами, будет похоже на динамические знаки на дорожном табло, со светящимися пятнами на тёмном фоне. Чем больше электродов подключить к такому «табло» в мозге, тем полнее будет изображение.
Группа исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции, Университета Фрайбурга, Германия, и Нидерландского института неврологии создали исключительно маленький имплантат с электродами размером с отдельный нейрон. Что важно, они могут оставаться неповреждёнными в организме с течением времени. Миниатюрность деталей и долговечность материала — уникальная комбинация, дающая надежду на появление небывалых зрительных имплантатов для слепых.
Согласно исследованию, опубликованному в научном журнале Advanced Healthcare Materials, новый зрительный имплантат отличается от предыдущих моделей аналогичного назначения тем, что он размером с отдельную клетку головного мозга. Скомпоновав тончайшие «нити» электродов рядами друг за другом, исследователи потенциально могут разместить тысячи электродов в одном имплантате. Чем больше электродов помещается в устройство, тем детальнее будет видимое мозгом изображение.
Профессор Мария Асплунд объяснила, что миниатюризация компонентов зрительного имплантата крайне важна. Электроды должны быть достаточно маленькими, чтобы обеспечивать стимуляцию наибольшего количества точек в областях мозга, которые отвечают за зрение.
Ещё одно препятствие, которое исследователи преодолели с помощью нового зрительного имплантата, — это окисление материалов с течением времени. Электроды трудно подолгу поддерживать невредимыми во влажной среде, а коррозия металла в результате протезирования может вызвать целый ряд новых проблем со здоровьем.
Изобретатели создали уникальное сочетание из неподверженных коррозии материалов, расположенных слоями. В их числе — проводящий полимер для преобразования электрических сигналов. Полимер создаёт защитный укрывающий слой, делающий металл ещё более устойчивым к окислению.
Учёные также сосредоточились на ограничении количества металла в зрительном имплантате. Испытанный имплантат получился всего 40 микрометров в ширину и 10 микрометров в толщину, что эквивалентно размеру расщеплённого вдоль волоса. Толщина металлических частей составляла лишь несколько сотен нанометров.
— Мария Асплунд, профессор.
Исследовательница подчеркнула, что до сих пор такое никому не удавалось. А следующим шагом будет создание имплантата с возможностью подсоединить 1000 электродов.

Авторы научного проекта использовали мышей для проверки эффективности нового зрительного имплантата. Грызунов обучали реагировать на электрический импульс в зрительной коре головного мозга. После нескольких сеансов мыши научились реагировать на стимуляцию электродами, и порог, необходимый грызунам для восприятия, был ниже, чем для других имплантатов на металлической основе.
Кроме того, «протез» показал стабильность и долговечность. У каждой из подопытных мышей вживлённый ей имплантат функционировал на протяжении всей естественной продолжительности жизни.
Причиной слепоты часто бывают повреждения в глазу. Однако в таких случаях зрительная кора головного мозга остаётся невредимой. Она по-прежнему активна и словно ожидает, чтобы глаз опять начал транслировать на неё образы из внешнего мира.
Установка зрительного имплантата слепым — концепция не новая. Однако с момента появления в 1990-х технология вживления вспомогательных медицинских устройств столкнулась с рядом проблем. Имплантату требуются тысячи электродов для имитации электрических сигналов, которые глаз посылает в мозг для создания визуального образа. Но один электрод представляет только один пиксель информации. Громоздкий размер такого имплантата и угроза чрезмерно травмировать головной мозг затрудняют установку описанных средств.
Мария Асплунд — профессор биоэлектроники Технологического университета Чалмерса в Швеции. Асплунд объяснила, что помимо трудностей с имплантацией громоздкого устройства результат такой борьбы со слепотой оставляет желать лучшего. Даже в случае успеха видимая в итоге картинка далека от воспринимаемой здоровым человеком. Изображение, создаваемое электрическими импульсами, будет похоже на динамические знаки на дорожном табло, со светящимися пятнами на тёмном фоне. Чем больше электродов подключить к такому «табло» в мозге, тем полнее будет изображение.
Группа исследователей из Технологического университета Чалмерса в Швеции, Университета Фрайбурга, Германия, и Нидерландского института неврологии создали исключительно маленький имплантат с электродами размером с отдельный нейрон. Что важно, они могут оставаться неповреждёнными в организме с течением времени. Миниатюрность деталей и долговечность материала — уникальная комбинация, дающая надежду на появление небывалых зрительных имплантатов для слепых.
Согласно исследованию, опубликованному в научном журнале Advanced Healthcare Materials, новый зрительный имплантат отличается от предыдущих моделей аналогичного назначения тем, что он размером с отдельную клетку головного мозга. Скомпоновав тончайшие «нити» электродов рядами друг за другом, исследователи потенциально могут разместить тысячи электродов в одном имплантате. Чем больше электродов помещается в устройство, тем детальнее будет видимое мозгом изображение.
Профессор Мария Асплунд объяснила, что миниатюризация компонентов зрительного имплантата крайне важна. Электроды должны быть достаточно маленькими, чтобы обеспечивать стимуляцию наибольшего количества точек в областях мозга, которые отвечают за зрение.
Ещё одно препятствие, которое исследователи преодолели с помощью нового зрительного имплантата, — это окисление материалов с течением времени. Электроды трудно подолгу поддерживать невредимыми во влажной среде, а коррозия металла в результате протезирования может вызвать целый ряд новых проблем со здоровьем.
Изобретатели создали уникальное сочетание из неподверженных коррозии материалов, расположенных слоями. В их числе — проводящий полимер для преобразования электрических сигналов. Полимер создаёт защитный укрывающий слой, делающий металл ещё более устойчивым к окислению.
Учёные также сосредоточились на ограничении количества металла в зрительном имплантате. Испытанный имплантат получился всего 40 микрометров в ширину и 10 микрометров в толщину, что эквивалентно размеру расщеплённого вдоль волоса. Толщина металлических частей составляла лишь несколько сотен нанометров.
Теперь мы знаем, что можно изготовить электрод размером с нейрон и поддерживать его эффективную работу в мозге в течение очень длительного времени
— Мария Асплунд, профессор.
Исследовательница подчеркнула, что до сих пор такое никому не удавалось. А следующим шагом будет создание имплантата с возможностью подсоединить 1000 электродов.

Авторы научного проекта использовали мышей для проверки эффективности нового зрительного имплантата. Грызунов обучали реагировать на электрический импульс в зрительной коре головного мозга. После нескольких сеансов мыши научились реагировать на стимуляцию электродами, и порог, необходимый грызунам для восприятия, был ниже, чем для других имплантатов на металлической основе.
Кроме того, «протез» показал стабильность и долговечность. У каждой из подопытных мышей вживлённый ей имплантат функционировал на протяжении всей естественной продолжительности жизни.
- Дмитрий Ладыгин
- chalmers.se; onlinelibrary.wiley.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...