• Saturday April 20,2019

Auge um Auge

Die Netzhaut lebt auf der Rückseite des Augapfels und ist mit ihren dünnen Schichten modifizierter Neuronen fast wie ein kleiner zusätzlicher Hirnfleck. Die hinterste Schicht besteht aus Fotoempfängerzellen, die helle und dunkle (von der Augenlinse gesammelte) Muster in elektrische Impulse umwandeln. Diese Impulse liefern die Rohdaten des visuellen Universums. Wie bei den Gehirnzellen sind die Neuronen der Netzhaut grundsätzlich unersetzlich. Sehstörungen wie Makuladegeneration und Retinitis pigmentosa, die Photorezeptorzellen abtöten, enden normalerweise in Blindheit.

Glücklicherweise bleibt der Rest der Sehverarbeitungsmaschinerie des Auges auch nach den meisten Photorezeptoren weitgehend erhalten. Im Prinzip könnte eine künstliche Prothese die ersten Schritte der Umwandlung visueller Informationen in neuronalen Code übernehmen und diese Informationen dann an die verbleibende Infrastruktur für die Bildverarbeitung senden. Solche "bionischen Augen" sind bereits in der Entwicklung; Zwei solcher Geräte sind unten detailliert dargestellt.

In einem System wird eine Miniatur-Fotodiodenanordnung chirurgisch in die Netzhaut implantiert. Die lichtempfindlichen Materialien des Arrays wandeln visuelle Informationen in elektrische Impulse um, die überlebende retinale Neuronen stimulieren, die das Signal interpretieren und zur Verarbeitung an das Gehirn senden. In einer Pilotstudie stellte das deutsche Unternehmen Retina Implant fest, dass seine drei blinden Personen Lichtblitze wahrnehmen und große Objekte unterscheiden konnten. Einer der drei konnte eine große Uhr lesen und große Buchstaben gut genug sehen, um einfache Wörter zu lesen.

Ein weiterer Spitzenreiter im Rennen um ein bionisches Auge ist der Argus II von Second Sight, der eine auf einer Brille montierte Videokamera verwendet, um die visuelle Szene einzufangen. Ein kleiner Computer, der an einem Gurt um den Hals getragen wird, wandelt Daten von der Kamera in elektrische Impulse um, die drahtlos an ein Mikroelektrodenarray übertragen werden, das auf der Oberfläche der Netzhaut implantiert ist. Argus II wird seit über fünf Jahren bei mehr als 30 Testpatienten angewendet, von denen einige wieder ausreichend Sehvermögen hatten, um einen Fußgängerüberweg zu verwenden oder leichte Wäsche aus der Dunkelheit zu sortieren. Second Sight hofft, die klinischen Studien beenden zu können und die Zulassung für den Verkauf des Geräts in Europa in diesem Jahr zu erhalten.


Subretinales Array

Bei einem Design für ein bionisches Auge wird der Sensorchip unter die Netzhaut selbst geschoben. Mikrophotodioden auf dem Array erkennen Licht und wandeln es in elektrische Signale um, die von den im geschädigten Auge verbleibenden Nervenzellen gelesen werden können. Zeichnung basierend auf einer von Retina Implant entwickelten Prothese.

1. Das Licht wird durch die natürliche Optik des Auges auf das Zentrum der Netzhaut fokussiert.

2. Photonen aktivieren die Photodioden des Arrays, die Lichtenergie in Elektrizität umwandeln.

3. Elektroden stimulieren überlebende Zellen in der Netzhaut, wie die Ganglienzellen.

4. Diese Zellen erzeugen Nervenimpulse, die die Netzhaut verlassen und entlang des Sehnervs zum Gehirn wandern, wodurch das Sehempfinden erzeugt wird.

5. Das sensorische Array wird extern von einem elektrischen Kabel mit Strom versorgt, das unter der Haut verläuft und hinter dem Ohr austritt.

Epiretinale Anordnung

Ein anderer Ansatz für eine visuelle Prothese verwendet eine auf einer Brille montierte Videokamera, um Bilder aufzunehmen. Diese Informationen werden in ein Signal umgewandelt und drahtlos an einen Empfänger in der Augenhöhle übertragen. Das Signal wandert dann zu einem Array auf der Netzhaut, wo es die überlebenden Zellen stimuliert. Zeichnung basierend auf einer Prothese, die von Second Sight getestet wird.


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