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.