Pokročilý počítačový model umožňuje vylepšit technologii „Bionic Eye“

Vědci vyvinuli experimentálně ověřený pokročilý počítačový model, který reprodukuje tvary a polohy milionů nervových buněk v oku, jakož i jejich přidružené fyzikální a síťové vlastnosti. Zaměřili se na modely nervových buněk, které přenášejí vizuální informace z oka do mozku, vědci našli způsoby, jak potenciálně zlepšit jasnost a poskytnout barevné vidění budoucím protézám sítnice.

Výzkumníci na Keck School of Medicine USC: Vyvíjejte signály, které mohou zlepšit barevné vidění և Zlepšete jasnost protézy pro nevidomé.

Existují miliony lidí, kteří trpí ztrátou zraku v důsledku degenerativních očních onemocnění. Samotná genetická porucha retinitis pigmentosa postihuje 1 ze 4 000 lidí na celém světě.

Nyní existuje technologie nabízející částečné vidění lidem s tímto syndromem. Argus II, první protéza sítnice na světě, reprodukuje některé funkce oční části oka a umožňuje uživatelům vnímat pohyb.

Zatímco oblast protéz sítnice je stále v plenkách, pro stovky uživatelů po celém světě „bionické oko“ obohacuje vajíčko každodenní interakce se světem. Například vidět obrysy objektů jim umožňuje pohybovat se v neznámých prostředích, což zvyšuje bezpečnost.

To je jen začátek. Vědci hledají další vylepšení technologie s ambiciózními cíli.

Ian anluka Lazci

Ganluka Latsi, Ph.D. Půjčka: ian anluka Lazci

„Naším cílem je nyní vyvinout systémy, které skutečně napodobují složitost sítnice,“ řekl Ian Anluca Latsi, profesor elektrotechniky na Keck School of Medicine, Viterby School of Engineering, USA.

Jeho partneři z USC dosáhli pokroku prostřednictvím dvojice nedávných studií využívajících pokročilý počítačový model v sítnici. Jejich experimentálně ověřený model reprodukuje tvary a polohy milionů nervových buněk v oku, jakož i jejich přidružené fyzikální a síťové vlastnosti.

„Věci, které jsme dříve neviděli, lze nyní modelovat,“ řekl Lazy, který Fred H. Cole je profesorem inženýrství na USC Institute for Technology and Medical Systems. „Můžeme napodobit chování nervového systému, takže můžeme skutečně pochopit, proč nervový systém dělá to, co dělá.“

Zaměřili se na modely nervových buněk, které přenášejí vizuální informace z oka do mozku, vědci našli způsoby, jak potenciálně zlepšit jasnost a poskytnout barevné vidění budoucím protézám sítnice.

Oko je bionické – jiné

Abychom pochopili, jak může počítačový model vylepšit bionické oko, pomůže to vědět něco o tom, jak dochází k vidění a jak funguje protéza.

Když světlo vstoupí do zdravého oka, čočka se zaostří na sítnici za okem. Buňky zvané fotoreceptory přeměňují světlo na elektrické signály, které jsou zpracovávány jinými buňkami v sítnici. Po zpracování jsou signály přenášeny do gangliových buněk, které přenášejí informace ze sítnice do mozku, nazývané axony, které se spojují a tvoří optický nerv.

Fotoreceptory ող Zpracování buněk umírá při degenerativních očních onemocněních. Gangliové buňky sítnice obvykle zůstávají funkční déle. Argus II vysílá signály přímo do těchto buněk.

„V těchto bolestivých podmínkách neexistuje lepší sběr vchodů do gangliové buňky,“ řekl Latsin. „Jako inženýři se ptáme, jak můžeme zajistit tento elektrický vstup.“

Pacient dostane malý oční implantát s hromadou elektrod. Tyto elektrody se aktivují na dálku, když se přenáší signál z dvojice speciálních brýlí s kamerou. Světelné vzorky detekované kamerou určují, jak gangliové buňky sítnice aktivují elektrody a vysílají do mozku signál, který vede k vnímání 60bodového černobílého obrazu.

Počítačový model odsuzuje nové úspěchy

Za určitých podmínek bude elektroda implantátu náhodně stimulovat axony sousedních buněk. Pro uživatele bionického oka má tato bezcílná stimulace axonů za následek vnímání podlouhlého koně místo bodu. Ve studii IEEE se zabývá nervovým systémem և Rehabilitační inženýrství„Lazzi և a její partneři nainstalovali počítačový model k vyřešení tohoto problému.

„Chcete aktivovat tuto buňku, ale ne sousední axon,“ řekl Latsin. „Takže jsme se pokusili navrhnout elektrickou stimulační vlnu, která je více specifická pro buňky.“

Vědci použili modely dvou podtypů gangliových buněk sítnice na úrovni jedné buňky i ve velkých sítích. Našli koně s krátkým pulsem, který přednostně cílí na buněčná těla bez axonů aktivace cíle.

Další nedávná studie v časopise Vědecké zprávy použil stejný systém počítačového modelování na podtypech stejných dvou buněk ke studiu způsobu kódování barev.

Tato studie je založena na dřívějších studiích, které ukazují, že uživatelé systému Argus II vnímají kolísání barev změnou frekvence elektrického signálu, počtu opakování signálu během daného intervalu. Pomocí modelu vyvinuli Lazzi և a jeho kolegové strategii pro úpravu frekvence signálu tak, aby vytvořila vnímání modré barvy.

Kromě možnosti přidat barvu bionickému oku lze kombinovat barevné kódování s umělou inteligencí v rámci systémového upgradu, který zvýrazní obzvláště důležité prvky kolem osoby – tváře nebo dveře.

„Je před námi dlouhá cesta, ale pohybujeme se správným směrem,“ řekl Latsin. „Můžeme dát této protéze dary as vědomím, silou.“

Odkazy:

„Barva podtypů očních gangliových buněk selection výběr buněk modulací frekvence elektrické stimulace“: ad avad Paknahad, Kyle Loizos, Lan Yu, Mark S. Humayun ian ian anluka Latsi, 4. března 2021, Vědecké zprávy,
DOI: 10.1038 / s41598-021-84437-w:

„Cílená stimulace očních gangliových buněk v epiretálních protézách. Vícevrstvá výpočetní studie “, autor: Jav Avad Paknaad, Kyle Loizos, Mark Humayunyan Anluca Lazzi, 29. září 2020 IEEE se zabývá nervovým systémem և Rehabilitační inženýrství,
DOI: 10.1109 / TNSRE.2020.3027560:

O studiích:

Obě studie byly provedeny stejným výzkumným týmem USC. Prvním autorem těchto dvou je Jav Avad Paknahad, postgraduální student elektrotechniky. Mezi další autory patří Kyle Loizos և Dr. Mark Humayun, spoluautor protézy Argus II Retina.

V: Vědecké zprávy Studii podpořila studie National Science Foundation (1833288), National Institutes of Health (R21EY028744, U01EB025830) study studie prevence slepoty.

Zjevení. Mark Humayun, PhD, spoluautor řady implantátů Argus շար dostává plat.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.