Com'è vedere di nuovo con una retina artificiale

Elias Konstantopoulos ha ogni giorno scorci irregolari del mondo per circa quattro ore, o per quanto tempo lascia il suo Argo II protesi retinica accesa. Il 74enne residente nel Maryland ha perso la vista a causa di una malattia progressiva della retina più di 30 anni fa, ma è in grado di percepire alcune cose quando accende il sistema di visione bionico.

Visione bionica: Questo impianto sensibile alla luce sviluppato dal Retina Implant tedesco contiene 1.500 fotodiodi.

Vedo se sei davanti a me, e se provi ad andartene, dice. Oppure, se guardo un grande albero con il sistema acceso, posso forse vedere un po' di oscurità e se fuori è luminoso e sposto la testa a sinistra o a destra posso vedere diverse ombre che mi dicono che c'è qualcosa lì. Non c'è modo di dire di cosa si tratta, dice Konstantopoulos.

Una fotocamera montata su occhiali acquisisce i dati dell'immagine per Konstantopoulos; quei dati vengono quindi elaborati da un mini-computer trasportato su una cinghia e inviato a una serie di 60 elettrodi che stimolano i neuroni che è stata impiantata su una delle sue retine nel 2009.

Quasi 70 persone in tutto il mondo hanno subito l'intervento chirurgico di tre ore per l'impianto retinico, che è stato sviluppato dalla California Seconda vista e approvato per l'uso in Europa nel 2011 e nel Stati Uniti all'inizio di quest'anno (vedere Impianto di occhio bionico approvato per i pazienti statunitensi). È il primo impianto di ripristino della vista venduto ai pazienti.

Attualmente, il sistema è approvato solo per i pazienti con retinite pigmentosa, una condizione degenerativa dell'occhio che colpisce intorno una persona su 5.000 in tutto il mondo, ma è possibile che l'Argus II e altre retine artificiali in fase di sviluppo possano funzionare per le persone con degenerazione maculare senile, che colpisce una persona su 2000 nei paesi sviluppati. In queste condizioni, le cellule fotorecettrici dell'occhio (comunemente chiamate coni e bastoncelli) vengono perse, ma il resto del percorso neuronale che comunica le informazioni visive al cervello è spesso ancora praticabile. Le retine artificiali dipendono da questi circuiti rimanenti, quindi non possono funzionare per tutte le forme di cecità.

Molti gruppi in tutto il mondo stanno lavorando su sistemi di visione bionici per sostituire i fotorecettori persi. La maggior parte utilizza una fotocamera che comunica con un chip impiantato, ma varia nel numero di elettrodi nel chip e nella profondità del chip all'interno della retina. Altri ancora evitano la fotocamera per i diodi sensibili alla luce nel chip.

azienda tedesca Impianto di retina , ad esempio, ha recentemente completato i test sull'uomo con il suo impianto da 1.500 pixel che non dipende da una fotocamera ma raccoglie direttamente la luce e trasmette quei dati ai neuroni rimanenti (vedi Microchip ripristina la vista). Un array di fotodiodi sostituisce i fotorecettori.

Vista dominante: La Second Sight della California ha sviluppato il sistema Argus II, che invia i dati delle immagini catturati da una fotocamera montata su occhiali a un impianto di retina.

Alcune persone con retine artificiali possono leggere lettere grandi, vedere automobili che si muovono lentamente o identificare stoviglie. Altri pazienti non ottengono alcun beneficio. La variazione può essere attribuita in alcuni casi all'esatto posizionamento dell'array di stimolazione dei neuroni nella retina sottilissima come carta velina, nonché allo stato dei neuroni rimanenti e dei percorsi nell'occhio di ciascun individuo. Anche il modo in cui le persone possono imparare a usare il dispositivo e riqualificare il cervello è importante.

I pazienti esamineranno il loro ambiente e utilizzeranno la loro memoria per ricostruire ciò che stanno vedendo, afferma Raymond Iezzi , un medico-scienziato che esegue interventi chirurgici alla retina presso la Mayo Clinic di Rochester, Minnesota. Egli paragona la strategia di scansione al trascinamento di un pennello su un dipinto. I pazienti devono riempire gli spazi vuoti per collegare l'input visivo a un lessico di nomi, e questo richiede una quantità significativa di capacità cognitive, afferma Iezzi.

Nella migliore delle ipotesi, l'attuale livello di visione è molto pixelato. Ciò che si vede sono esplosioni di luce chiamate fosfeni. Non è una visione veramente naturalista, dice Iezzi. Second Sight afferma che il livello di acuità visiva con il suo Argus II è 20/1.260 e Retina Implant afferma che la migliore acuità visiva ottenuta con il suo dispositivo è 20/1.000. Per fare un confronto, la visione normale è 20/20 e la soglia di cecità legale negli Stati Uniti è 20/200 (che indica che una persona può vedere un oggetto da 20 piedi di distanza che una persona con vista normale può vedere da 200 piedi di distanza).

Non è ripristinare la vista come te e io pensiamo, è ripristinare la mobilità, dice Stefano Rosa , capo ricercatore della Fondazione Fighting Blindness. Forniscono contrasto in modo che qualcuno possa vedere una differenza di luce e oscurità al punto da poter dire come attraversare una porta, dice. Questo è davvero l'inizio.

Le protesi retiniche sono allo stadio in cui erano gli impianti cocleari 30 anni fa, afferma Anthony Burkitt , direttore di Bionic Vision Australia , un consorzio di ricercatori che sviluppa un sistema di impianto retinico. Quella tecnologia è passata dall'essere un aiuto per la lettura delle labbra al punto in cui ora i bambini con un impianto cocleare possono frequentare la scuola normale e persino utilizzare i telefoni cellulari, afferma Burkitt. Con gli impianti retinici, ora sappiamo che ha benefici clinici per i pazienti e penso che vedremo questa tecnologia svilupparsi molto rapidamente nel prossimo decennio.

Gli esperti concordano sul fatto che un modo per migliorare la visione conferita da questi sistemi è aggiungere elettrodi più stimolanti. Second Sight, ad esempio, sta pianificando di passare da 60 a 240 elettrodi in un modello futuro.

Ma probabilmente saranno necessarie migliaia di pixel per il riconoscimento facciale e altre attività visive dettagliate e molte tecnologie di retina artificiale avranno difficoltà a raggiungere un numero così elevato di pixel perché dipendono dai fili, afferma Daniel Palanker , un biofisico alla Stanford University. I fili vengono utilizzati per collegare un alimentatore agli elettrodi, che richiede una procedura chirurgica per stabilire la connessione attraverso il bulbo oculare. Per evitare questa limitazione, Palanker e colleghi stanno sviluppando un sistema wireless che trasmette i dati delle immagini catturati da una videocamera a un chip fotovoltaico nell'occhio. Invece di trasmettere la luce visibile al chip, il suo sistema utilizza la luce nel vicino infrarosso che viene trasmessa a matrici flessibili di piccoli pixel nella retina. Il team ha testato il sistema su ratti ciechi e ora sta lavorando con un'azienda per testare il dispositivo sui pazienti.

Ma anche migliaia di pixel sono molto lontani da un milione, che è più o meno quello che abbiamo nell'occhio naturale, dice Shawn Kelly , un ingegnere elettrico alla Carnegie Mellon University di Pittsburgh. E anche a questo, c'è un sacco di elaborazione che fa la retina che salteremo con una retina artificiale.

Quando i fotorecettori rilevano la luce, convertono tali informazioni in segnali chimici che stimolano altri tipi di neuroni che elaborano movimento, colore e altri dettagli dai segnali e quindi passano le informazioni al nervo ottico, che si collega al cervello. A seconda di dove sono posizionati gli array stimolanti, le retine artificiali lasceranno fuori uno o più livelli di elaborazione delle informazioni.

Il modo in cui ci interfacciamo con il sistema nervoso è funzionale, ma non è naturale, afferma Kelly. Penso che ci vorrà molto tempo per sviluppare modi per ottenere una visione migliore, e non credo che sarà mai del tutto naturale.

Tuttavia, il cervello è notevolmente adattabile e può imparare a elaborare anche informazioni estranee. Contiamo sulla plasticità del cervello per imparare di nuovo questo nuovo linguaggio di stimolazione e fornire una visione ragionevole, afferma Palanker. La rassicurazione che si tratta di un'ipotesi ragionevole viene dal campo degli impianti cocleari.

Le persone con retine artificiali ottengono una visione migliore nel tempo. Tim Reddish, un 55enne residente a Nottingham, in Inghilterra, che ha perso la vista a causa della retinite pigmentosa, è stato impiantato con un dispositivo Retina Implant a novembre e ha ottenuto risultati impressionanti nei mesi intercorsi. Prevede che le sue capacità continueranno a migliorare. Nell'ambiente di laboratorio, Reddish, un ex nuotatore paralimpico vincitore di una medaglia d'oro, afferma di essere in grado di identificare posate e bicchieri e persino di leggere l'ora da un orologio ad alto contrasto. All'esterno, dice, può rilevare le linee degli edifici con le porte di vetro e i fari delle auto che si muovono lentamente di notte. Spera che in estate, un sole più luminoso del Regno Unito e una pratica continua lo aiutino a vedere di più.

L'acuità visiva non è l'unica sfida per questi dispositivi. I chip duri a base di silicio sono posti in un tessuto estremamente delicato che fa parte di un globo mobile pieno di liquido. Le patatine possono scivolare fuori posto. Inoltre, i dispositivi impiantati devono sopravvivere per anni alle dure condizioni del corpo senza danneggiare i loro utenti. Non conosceremo la sicurezza a lungo termine per anni, afferma Rose.

Sebbene avvicinarsi alla visione naturale sia l'obiettivo di molti ricercatori che sviluppano retine artificiali, alcuni stanno prendendo in considerazione un mondo di luce più ampio. Alcune telecamere funzionano a lunghezze d'onda che nemmeno gli umani vedono, quindi potenzialmente potresti avere pazienti ciechi che utilizzano [un sistema Second Sight] per vedere cose che altri non possono, afferma Brian Mech, vicepresidente dello sviluppo aziendale di Second Sight. L'azienda sta anche lavorando a un'idea che rinuncerebbe alla stimolazione retinica per la stimolazione diretta della corteccia visiva, la regione del cervello che elabora le immagini. Invece di essere in grado di trattare solo le degenerazioni retiniche esterne, potremmo essenzialmente trattare la cecità dovuta a qualsiasi causa, afferma Mech.

Nel frattempo, i ricercatori continueranno a modificare i sistemi, cercando di restituire più visione a coloro che l'hanno persa, e pazienti come Konstantopoulos sono ansiosi di vedere i loro progressi. Anche quell'ombra che vedo davanti a me, che sia una persona o altro, è qualcosa dal nulla, dice Konstantopoulos. Ti fa sentire e sperare che qualcosa di meglio stia arrivando presto.

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