Искусственная сетчатка станет значительным прорывом в области медицинских технологий, особенно для людей с нарушениями работы органов зрения. Однако предшествующие элементы имели ряд конструктивных недостатков, препятствующих эффективному выполнению их функций: камера, устанавливаемая на очках, посылает сигнал по проводу на крошечную микроэлектродную матрицу. Электроды пронизывают нефункционирующий покров сетчатки и напрямую стимулируют рабочие клетки.
Однако для передачи сигналов на матрицу требуется провод, а размеры самой матрицы ограничивают количество электродов, что позволяет обеспечить разрешающую способность в несколько десятков или сотен пикселей.
Разработанные в Федеральной политехнической школе Лозанны фотоэлектрические протезы сетчатки предлагают решение этих проблем. В конструкции устройства применяется подход с использованием крошечных точек, которые преобразуют свет в электрический ток. Отсутствие проводов для питания и передачи данных обеспечивается за счет активации фотоэлектрических материалов светом. Тестирование в условиях виртуальной реальности подтвердили его эффективность.
«Мы увеличили количество пикселей примерно с 2300 до 10 500. Так что теперь изображение получается практически непрерывным», — пояснил в электронном письме интернет-ресурсу TechCrunch Диего Гецци (Diego Ghezzi), разрабатывающий концепцию с 2018 года.
Однако имплант EPFL, включающий тысячи крошечных фотоэлектрических точек, которые теоретически можно освещать устройством вне глаза, крайне трудно реализовать технически. Также кроме искусственной сетчатки потребуются очки, которые захватывают изображение и проецируют его через глаз на имплант.
«Технически можно сделать пиксель меньше и плотнее. Проблема заключается в том, что генерируемый ток уменьшается с увеличением площади пикселей», — пояснил Гецци. Также есть риск, что две соседние точки будут стимулировать одну и ту же область сетчатки.
Поскольку ученые не могут провести «тестовую» установку экспериментального имплантата сетчатки человеку для проверки работоспособности и определения размеров и разрешающей возможности для определенных повседневных задач, таких как распознавание объектов и чтения, они использовали VR для решения этих задач.
Добровольцев поместили в темную среду и смоделировали фотолюминофоры — аналог реакции от стимулирования сетчатки через имплант. Ученые варьировали количество фотолюминофоров, область, над которой они появляются, и длину их освещения или «хвоста» при смещении изображения, спрашивая участников, насколько хорошо они могут воспринимать такие элементы, как слово или обстановка.
Основной вывод разработчиков — наиболее важным фактором оказался угол обзора. Даже четкое изображение трудно распознать, если оно находится по центру зрительной области. Поэтому даже если общая четкость страдает, лучше иметь широкое поле зрения. VR-испытания показали, что параметры имплантата теоретически приемлемы, и ученые могут приступить к испытаниям на людях.