پروتزهای بینایی

پروتزهای بینایی که اغلب به عنوان چشم بیونیک نامیده می‌شوند، یک دستگاه بینایی تجربی می‌باشد که برای بازگرداندن دید عملکردی در افراد مبتلا به نابینایی جزئی یا کامل در نظر گرفته شده‌است. در بسیاری از دستگاه‌های توسعه یافته که معمولاً در کاشت حلزونی یا دستگاه‌های بیونیک گوش کاربرد دارند، از پروتزهای عصبی استفاده می‌شود که از اواسط دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ایده استفاده از جریان الکتریکی (مثلاً تحریک الکتریکی شبکیه یا کورتکس بینایی) برای میسر ساختن بینایی به قرن 18 باز می‌گردد، که توسط بنجامین فرانکلین، تیبریوس کاوالو و چارلز لیروی مورد بحث قرار گرفته‌است.

ملاحظات بیولوژیکی

توانایی دادن بینایی به یک فرد نابینا از طریق چشم بیونیکی، بستگی به موقعیت محل از دست دادن بینایی دارد. در مورد پروتزهای شبکیه که رایجترین پروتزهای بینایی در حال توسعه هستند (به علت سهولت دسترسی به شبکیه)، بیماران مبتلا به ضایعات بینایی، در صورتی که علت بیماری آن‌ها انحطاط سلول‌های گیرنده نور در چشم باشد، بهترین نامزد برای درمان هستند. در صورتی که اعصاب بینایی، پیش از شروع نابینایی به خوبی توسعه یافته باشند، این فرایند بیشتر موفقیت آمیز خواهد بود. افرادی که نابینایی مادرزادی دارند، ممکن است فاقد عصب بینایی کاملاً توسعه یافته باشند که معمولاً قبل از زایمان پیش می آید. البته انعطاف پذیری عصبی این امکان را ایجاد می‌کند که عصب و بینایی، بعد از کاشت پیشرفت کند.

ملاحظات تکنولوژیکی

پروتزهای بصری به عنوان یک کمک بالقوه ارزشمند برای افراد مبتلا به اختلال دیداری در حال توسعه است. Argus II، که در مؤسسه چشم دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) توسعه یافته‌است و توسط Second Sight Medical Products Inc تولید شده‌است، در حال حاضر تنها دستگاهی است که تأیید بازاریابی را دریافت کرده‌است (CE Mark در سال 2011 در اروپا). بیشتر تلاش‌های دیگر تحقیقاتی ادامه دارد؛ Alpha IMS Retina Implant AG که در ژوئیه 2013 موفق به کسب یک علامت CE شد، بهبود چشمگیری در رزولوشن دارد. با این حال، FDA در ایالات متحده تأیید نشده‌است.

پروتز شبکیه Argus

پروتز شبکیه Argus، یک ایمپلنت شبکیه الکترونیکی است که توسط شرکت آمریکایی محصولات بینایی دوم پزشکی ساخته شده‌است.
این پروتز به عنوان یک پروتز بینایی برای بهبود بینایی افراد مبتلا به موارد شدید رتینیت پیگمنتوزا مورد استفاده قرار می‌گیرد. نسخه Argus II این سیستم برای بازاریابی در اتحادیه اروپا در ماه مارس سال 2011 تأیید شد و در فوریه 2013 تحت تأثیر معافیت دستگاههای بشردوستانه در ایالات متحده تأیید شد. سیستم Argus II به غیر از هزینه جراحی کاشت و آموزش استفاده از دستگاه، حدود 150،000 دلار هزینه دارد.

پروتز بینایی مبتنی بر میکروسیستم (MIVP)

این یک الکترود مارپیچ در اطراف عصب بینایی در پشت چشم است که به یک محرک کاشته شده در جمجمه متصل است. این محرک سیگنال‌هایی را از یک دوربین خارجی دریافت می‌کند و این سیگنال‌ها به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند که به‌طور مستقیم عصب بینایی را تحریک می‌کنند.

شبکیه ایمپلنت هاروارد / MIT

آرایه‌ای از الکترودها، که در فضای زیر شبکیه قرار می‌گیرد و سیگنال‌های تصویری را از یک دوربین که بر روی یک جفت عینک قرار دارد، دریافت می‌کند. تراشه تحریک‌کننده تصویری را که از دوربین گرفته شده‌است، رمزگشایی می‌کند و نتیجتاً سلول های گانگلیونی شبکیه را تحریک می‌کند. پروتز نسل دوم آن‌ها اطلاعات را جمع‌آوری می‌کند و آن را از طریق میدان‌های RF از کویل‌های فرستنده ای که روی عینک نصب شده اند، می فرستد. یک کویل گیرنده ثانویه اطراف عنبیه قرار دارد.

شبکیه سیلیکونی مصنوعی (ASR)

برادران آلن چو و وینسنت چو، یک میکروچیپ حاوی 3500 فوتودیود را ایجاد کرده‌اند که نور را تشخیص داده و آن را به امواج الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌توانند سلول های گانگلیونی شبکیه را تحریک کنند. ASR نیازی به دستگاه‌های خارجی ندارد. میکروچیپ ASR یک تراشه سیلیکونی با قطر 2 میلی‌متر (همان مفهوم تراشه‌های کامپیوتری) است که شامل حدود 5000 سلول خورشیدی میکروسکوپی است که هر کدام دارای الکترودهای تحریک‌کننده خود هستند.

پروتز شبکیه فتوولتائیک

دانیل پالنکر و گروهش در دانشگاه استنفورد یک سیستم فتوولتائیک برای پروتزهای بینایی ایجاد کرده اند که شامل یک آرایه از فتودیودهای زیر شبکیه و یک سیستم پروژکتور تصویر مادون قرمز نصب شده بر روی عینک‌های ویدئویی است. اطلاعات از دوربین فیلمبرداری در یک کامپیوتر جیبی پردازش شده و بر روی عینک‌های ویدئویی مجهز به پالس‌های نزدیک مادون قرمز (IR، 850-915 نانومتر) نمایش داده می‌شود. تصویر IR بر روی شبکیه چشم می افتد و فتودیودها را در ایمپلنت زیر شبکیه فعال می‌کند که نور را به جریان الکتریکی دو فاز پالس در هر پیکسل تبدیل می‌کند.

Dobelle Eye

مشابه عملکرد دستگاه هاروارد / MIT می‌باشد ؛ با این تفاوت که تراشه تحریک‌کننده به جای شبکیه چشم، در قشر اولیه بینایی قرار گرفته‌است.

پروتز بینایی درون قشری

آزمایشگاه پروتزهای عصبی در مؤسسه فناوری ایلینوی (IIT)، شیکاگو، در حال توسعه یک پروتز بینایی با استفاده از آرایه‌ای از الکترودهای درون قشری است. در حالی که این سیستم در اصل به سیستم Dobelle مشابه است، استفاده از الکترودهای داخل مغزی اجازه می‌دهد تا رزولوشن مکانی در سیگنال‌های تحریک به شدت افزایش یابد (الکترودهای بیشتر در واحد سطح). علاوه بر این، یک سیستم سنجش از راه دور بی سیم برای از بین بردن نیاز به سیم‌های ترانس، در حال توسعه است