Mata bionik

Mata bionik ialah organ penglihatan tiruan yang digunakan bagi mengubati penyakit yang menyebabkan kebutaan. Penciptaannya adalah hasil daripada penyelidikan Greg Suaning dan Nigel Lovell.

Latar belakang 
Di dalam otak manusia, terdapat dua sel penting yang dipanggil rod dan kon. Rod dan kod ini juga dikenali sebagai sel solar biologi yang menukarkan cahaya kepada rangsangan elektrik. Rangsangan elektrik ini akan dihantar ke otak menerusi saraf optik untuk membentuk imej. Tanpa rod dan kon, manusia tidak akan dapat melihat. Rod dan kon telah memberi idea kepada para saintis untuk mencipta mata bionik.

Pada sekitar 1997, dua orang penyelidik, Profesor Greg Suaning dan Profesor Nigel Lovell, telah membuat satu pengisytiharan mengenai penciptaan sebuah organ penglihatan tiruan yang bertujuan mengubati penyakit yang menyebabkan hilang daya penglihatan atau buta. Pada asalnya, projek ini dijalankan di Universiti New South Wales (UNSW) dari unit Kejuruteraan Bioperubatan, tetapi pada 2002, Dr Suaning telah berpindah ke Universiti Newcastle (UNEW). Pada hujung 2007, beliau kembali ke UNSW sebagai Profesor Bersekutu. Satu pasukan penyelidik yang berdedikasi dan siswazah-siswazah bekerjasama dalam projek ini bersama-sama wakil dari Pusat Penyelidikan Mata Australia (CERA) dari Universiti Melbourne, Institut Telinga Bionik (BEI) serta Vision Sciences Group dari Australian National University.

Sejarah 

Pada tanggal 30 Mac 2010, Perdana Menteri Australia Kevin Rudd telah melancarkan Bionic Vision Australia, sebuah konsortium termasuk Australian Vision Prosthesis Group (AVPG) di UNSW, Universiti Melbourne, University of Western Sydney, Australian National University, Pusat Penyelidikan Mata Australia, Institut Telinga Bionik dan NICTA. Pelancaran itu termasuk pendedahan mengenai peranti "pemandangan yang luas” dari AVPG yang akan menjadi peranti utama yang akan mengambil BVA untuk ujian ke atas manusia, bagi tujuan digunakan menjelang 2013. Pembentukan BVA adalah satu peristiwa penting dalam pembangunan mata bionik, dan sebanyak $42M telah dibiaya oleh Majlis Penyelidikan Australia untuk BVA bagi memastikan bahawa penyelidik Australia boleh meneruskan penyelidikan terkemuka di dunia, dan membangunkan peranti yang bermanfaat kepada beribu-ribu orang di seluruh dunia.

Buat pertama kalinya, para saintis dari Bionik Vision Australia memberikan penglihatan kepada seorang wanita buta, Dianne Ashworth menggunakan mata bionik. Dia telah menderitaan dengan penyakit retinis pigmentosa di mana keadaan matanya tidak boleh diubati. Dia hampir kehilang seluruh penglihatannya, namun apabila pakar bedah dari Hospital Mata Diraja Victoria dan Telinga di Melbourne melakukan pembedahan yang menakjubkan pada bulan Mei 2012. Implan mata bionik ini bakal mengubah kehidupan berjuta-juta manusia yang buta atau mengalami masalah penglihatan yang lain. 

Menjadi implan pertama dalam sejarah ia mempunyai resolusi yang sangat rendah, menurut Dianne, dia tidak tahu apa yang diharapkan, akan tetapi secara tiba-tiba, dia dapat melihat sekilas cahaya.  Setiap kali ada rangsangan, terdapat bentuk yang berbeza yang muncul di hadapan matanya.

Awalnya, prototaip ini hanya mempunyai 24 sensor dan para penyelidik meneruskan penambah-baikkan dan menguji implan pandangan luas dengan 98 elektrod dan implan ketajaman yang tinggi dengan resolusi 1024 elektrod. Dengan 98 elektrod, seseorang boleh dapat melihat objek yang besar dan dengan 1.024, mereka boleh mengenali wajah dan imej yang besar.

Fungsi mata bionik 

Mata bionik mengandungi kamera yang bersambung dengan sepasang cermin mata. Mata bionik menggunakan retina implan untuk menghantar isyarat radio frekuensi ke mikrocip yang telah ditanam pada retina. Elektrod yang ada pada cip akan menukarkan isyarat ini kepada rangsangan elektrik dan akan terus merangsang saki-baki sel yang ada pada retina. Ianya bersambung terus ke saraf optik. Kemudian saki-baki sel retina akan menghantar maklumat visual melalui saraf optik dan terus ke otak, di mana mesej ini ditafsir. Dengan cara ini mata bionik sangat menyerupai fungsi utama retina. 

Malahan, mata bionik juga telah mengembalikan semula penglihatan penuh kepada pesakit-pesakit yang mengalami penyakit retina seperti kemerosotan makular berumur. Bukan itu sahaja, mata bionik juga dapat membantu dan merawat pesakit yang menghidapi penyakit retinis pigmentosa. Dimana pesakit yang menderita penyakit ini berada dalam keadaan yang buta. Oleh itu, mata bionik boleh membantu mereka untuk melihat semula.

Faktor penggunaan 
Gambar di atas menunjukkan lapisan saraf utama di dalam retina manusia. Hanya rod dan kun yang hilang apabila pesakit RP mengalami buta penglihatan sepenuhnya. Neutrons yang terdiri daripada sel bipolar, sel melintang, dan sel ganglion masih kekal berfungsi dan mampu menghasilkan rangsangan fungsi pergerakan.

Masalah buta penglihatan adalah merupakan kecacatan paling kritikal. Terdapat beberapa kategori terhadap punca masalah tersebut iaitu buta sejak lahir dan buta disebabkan oleh penyakit atau kemalangan. Namun begitu, pendekatan teknologi terhadap mata buatan hanyalah diberikan keutamaan terhadap pesakit yang menghidapi buta penglihatan disebabkan oleh penyakit atau kemalangan. Hal ini adalah disebabkan oleh saraf optik dan hampir keseluruhan lapisan sel dalam retina masih berfungsi dengan baik. Ini adalah sebaliknya bagi mereka yang telah mengalami buta sejak lahir di mana fungsi saraf optik dan lapisan retina mereka tiada lagi mampu berfungsi seperti yang asal. Oleh yang demikian, perkembangan teknologi terhadap penggunaan alat elektronik untuk membantu pesakit retinis pigmentosa (RP) dan kemerosotan makular berumur (AMD) untuk mengawal degenerasi fotoreseptor adalah sangat diperlukan sebagai kaedah rawatan. Pemulihan tipis terhadap keupayaan fungsi penglihatan sesungguhnya adalah sangat bermanfaat terhadap pesakit buta penglihatan. 

Implantasi mata buatan atau lebih dikenali sebagai "mata bionik" mula diperkenalkan sebagai salah satu rawatan alternatif bagi mereka yang mengalami masalah buta penglihatan. Walaupun demikian, bukan semua yang mengalami masalah buta penglihatan adalah layak atau sesuai untuk implantasi "mata bionik". (Professor Jonathan Crowston; Pengarah Urusan CERA).

Berdasarkan data yang diperoleh CERA, 480,000 masyarakat Australia berumur lebih 40 tahun mengalami masalah penglihatan dan hampir 50,000 pula mengalami buta penglihatan. Antara punca utama adalah disebabkan oleh faktor degenerasi atau pengecutan makular umur (AMD), glaukoma dan kencing manis. 
(Sumber: A Vision in the Line of Sight )

Kemerosotan atau degenerasi luar retina seperti retinis pigmentosa boleh mengakibatkan buta dan adalah disebabkan oleh kehilangan fungsi fotoreseptor (photoreceptors). Terdapat kehilangan sekunder pada bahagian sel dalaman retina tetapi jumlah sel bipolar dan ganglion kekal sempurna walaupun bertahun lamanya. RP adalah merupakan penyakit paling sukar diubati dan masih tiada rawatan khusus bagi penyakit ini lagi. Penghidap penyakit ini akan selalunya berakhir dengan kehilangan fungsi penglihatan sepenuhnya dan ia adalah merupakan penyebab utama bagi masalah buta penglihatan yang diwarisi. 
(Sumber: Towards the bionic eye- the retinal implant: surgical, opthalmological and hispathological perspectives )

Mata bionik juga diperkenalkan di Amerika Syarikat dan Eropah bagi pesakit yang menghidapi retinis pigmentosa (RP) iaitu apabila keupayaan penglihatan penghidapnya semakin merosot disebabkan oleh lapisan retina yang rosak. Hampir 200,000 masyarakat di kedua-dua buah negara tersebut menghidapi retinis pigmentosa. Walaupun seni bina neural mata bionik yang melibatkan sel ganglion dan neuron bipolar adalah sempurna dan lekap pada bahagian mata, namun sel-sel tersebut hampir musnah. (Jessy Dorn, penyelidik Second Sight di Jabatan Sains Neuro).
(sumber: Artificial Retina, Video Camera Give Partial Vision to Blind )

Selain itu, penyakit seperti kemunduran atau degenerasi fungsi retina juga menggalakkan siri keadaan yang bakal menyebabkan kajian fasa bagi populasi neuron dan litar seni bina retina. Walaupun mata bionik adalah satu-satunya alternatif bagi merawat penyakit RP dan AMD dan hanya sesuai bagi segelintir penghidap masalah buta penglihatan disebabkan oleh beberapa faktor; namun beberapa kaedah terapi terkini yang merupakan langkah terhad bagi mereka yang menghidapi separa buta dan buta penglihatan sepenuhnya mula diperkenalkan. Hal ini adalah perlu kerana, rata-rata penghidap penyakit kemerosotan fungsi retina telah berada pada peringkat akhir penyakit dan sangat kritikal. Mereka juga mengalami masalah perubahan terhadap litar seni bina retina yang telah memusnahkan sebarang input timbalan. 
(Sumber: Chapter 3- Retinal Remodelling and Visual Prosthetics )

Kelebihan dan kekurangan 

Antara kelebihan-kelebihan mata bionik ialah membantu orang berusia yang menghidapi buta penglihatan akibat faktor umur,individu yang menderita penyakit retinitis pigmentosa(satu penyakit genetik). Selain itu,ia membantu pesakit mengenali keadaan sekeliling seperti raut wajah seseorang dan mengecam paras wajah.

Namun begitu terdapat juga kekurangan pada penciptaan mata bionik ini seperti ia hanya berkesan untuk individu yang pernah mempunyai penglihatan ,yang mana sebelum ini otak mereka tahu bagaimana untuk memproses maklumat penglihatan. Selain itu, saraf optik mestilah sekurang-kurangnya separuh berfungsi. Jika tidak,data tidak akan dapat diproses sepenuhnya.Di samping itu,mata bionik tidak sesuai digunakan oleh pesakit glaukoma.

Pengguna mata bionik juga memerlukan alatan luar yang rumit untuk dipakai.Pemasangan mata bionik memberi risiko besar terhadap pembedahan saraf. Selain itu, pemasangan mata bionik memerlukan kos yang tinggi, yakni sekitar $100,000.

Aplikasi dan reka cipta 

Bidang mata bionik menunjukkan dua pendekatan utama iaitu epiretinal dan subretinal, dengan pelbagai penghasilan implan. Pada mulanya, elektrod diletakkan pada retina, kemudian diletakkan dalam ruang subretina bagi tujuan pengimpalanan.

Pendekatan epiretinal melibatkan peranti berasaskan semikonduktor yang diletakkan di atas permukaan retina untuk merangsang sel-sel simpul pada saraf retina. Pendekatan Subretinal pula melibatkan pengimpalan retina silikon tiruan (RST) atau cip pancaran mikrofotodiod (MPDA) yang diletakkan di belakang retina untuk merangsang dan menterjemah sel amakrin dan sel-sel bipolar.

Dalam pendekatan epiretinal, mata bionik terdiri daripada beberapa elemen seperti sebuah kamera kecil yang dipakai dalam sepasang cermin mata gelap yang memancarkan imej dan penerima radio (penghubung induktif telemetrik) yang diimplankan di sebelah mata pesakit. Kemudian, isyarat akan dihantar pada bahagian intraokular (penerima isyarat, unit ransangan dan pelbagai elektrod). Cip kecil silikon dan platinum yang bersaiz kira-kira 4mm persegi berada di atas retina. Cip elektrod merangsang sel-sel simpul saraf yang menghantar maklumat visual kepada saraf optik dan seterusnya ke otak. Dengan ini, emej visual terbentuk.

Pendekatan subretinal semasa melibatkan pelbagai MPDA, yang terdiri daripada pelbagai sub-unit tetap fotodiod seseorang individu kira-kira 20 kali  20 -μm persegi, dan dipisahkan oleh perhentian saluran 10 μm. Fotodiod mikro yang terhasil pada kepadatan kira-kira 1.1 x 105 cm2 dan sinaran yang mengandungi kira-kira 5,000 pin mikroskopik pada sel-sel solar bertindak balas kepada cahaya dalam julat 0.5 hingga 1.1 μm. Aliran proses untuk MPDA adalah mengikut langkah-langkah yang telah ditetapkan.

Satu pendekatan yang sesuai bagi kedua-dua implan epiretinal dan subretinal telah dicadangkan oleh Daniel Palanker di Stanford. Satu komputer pemprosesan mudah alih bersaiz dompet dan bateri solar ditanam di dalam mata. Sebuah kamera video yang kecil dipasang pada cermin mata IR dan 3 mm diameter cip cahaya penderiaan diimplan di dalam retina. Elektrod merangsang sel-sel dalam retina untuk melihat imej.

Silikon retina tiruan (SRT) adalah salah satu contoh implan yang dibangunkan oleh Optobionics pada 2002 bagi mengatasi penyakit retina dan kemerosotan penglihatan. Masalah retina ini berkait rapat dengan ganguan genetik seseorang individu. Kemerosotan penglihatan pula biasanya terjadi pada golongan tua. SRT ini berukuran diameter 2 mm dan 2 mikrometer tebal. Bahan yang digunakan untuk mengahasilkan SRT in terdiri daripada silikon, silikon dioksida, titanium dan iridium oksida. Ia mengandungi kira-kira 3,500 sel mikrofotodiod yang mempunyai elektrod perangsang sendiri. MPDA direka untuk menukar tenaga cahaya dari imej ke dalam beribu-ribu rangsangan elektrik kecil untuk merangsang baki sel-sel retina pesakit. Retina pesakit akan dipotong dan SRT akan diimplankan pada tempat tersebut. Tetapi, ia tidak boleh berfungsi jika terdapat parut yang teruk pada retina. SRT telah diuji secara klinikal terhadap 47 orang pesakit. Apa yang menyakinkan pesakit adalah mengenai laporan yang menunjukkan SRT ini tidak mendatangkan kesan sampingan, ketidakselesaan dan pembatalan implan daripada semua pesakit setakat ini.

Pautan luar 
 http://www.popsci.com/technology/article/2013-02/worlds-first-bionic-eye-receives-fda-approval
 http://www.theatlantic.com/technology/archive/2013/02/the-us-just-got-its-first-bionic-eye/273188/
 http://news.discovery.com/tech/biotechnology/first-bionic-eye-sees-light-130206.htm
 http://www.businessinsider.com/the-worlds-first-bionic-eye-is-about-to-hit-the-market-in-the-us-2013-2
 http://bionic.gsbme.unsw.edu.au/ 
 http://www.thisisthefirst.com/science/29-the-first-bionic-eye
 http://depthofprocessing.blogspot.com/2011/06/bionic-eyes.html
 http://www.shiannedurdin.com.au/modern-technology/ 
 http://optobionics.com/asrdevice.shtml

Mata
Teknologi masa depan dekat