Стимуляция оптического нерва для преодоления слепоты

19 августа 2019

Интернациональная итальяно-швейцарская исследовательская группа в настоящее время разрабатывает технологию, которая должна стать лекарством от тотальной слепоты: визуальный сигнал посылается в обход глазного яблока, непосредственно в мозг. Это достигается путем стимуляции зрительного нерва через интраневральные электроды нового типа, получившие название OpticSELINE. В журнале «Nature Biomedical Engineering» опубликован отчет об успешных испытаниях на кроликах.

«Мы полагаем, что интраневральная стимуляция может стать ценным решением для создания нескольких классов нейропротезирующих устройств, восстанавливающих сенсорную и моторную функции. Трансляционные возможности этого подхода оказались действительно очень перспективными, – поясняет Сильвестро Мичера, профессор биоэлектроники в Школе перспективных исследований имени Святой Анны, известный своими инновациями в области протезирования ампутированных рук с использованием интраневральных электродов.

Согласно современным оценкам, слепотой поражены около 39 миллионов человек в глобальной популяции. К слепоте может приводить множество факторов, включая наследственность, отслоение сетчатки, травмы, инсульты в зоне зрительной коры, глаукома, катаракта, инфекционно-воспалительные процессы..

Некоторые случаи являются преходящими и поддаются лечению. Однако как помочь тем, кто слеп необратимо?

Идея заключается в проведении фосфенов, зрительных ощущений света в виде белых пятен или форм, без непосредственного восприятия света человеком. Методы ретинальной имплантации (ретина=сетчатка. Прим. Лахта Клиники), т.е. существующие на данный момент протезирующие устройства для слепых, имеют массу недостатков и противопоказаний. Например, около полумиллиона людей по всему миру слепы вследствие пигментного ретинита, – генетического заболевания, – но лишь у нескольких тысяч человек наличествуют достаточные клинические показания к ретинальной имплантации. Внутричерепной имплант, стимулирующий зрительную кору напрямую, является альтернативной стратегией, но она сопряжена с большими рисками. Новое интраневральное решение априори минимизирует перечень противопоказаний, поскольку и зрительный нерв, и мозговые проводники при обследовании зачастую оказываются интактными.

Предыдущие попытки разработать методику стимуляции зрительного нерва, предпринимавшиеся в 1990-х годах, принесли неубедительные результаты. Директор EPFL’s Medtronic по нейроинженерии Диего Гецци рассказывает: «В то время применялись манжетные невральные электроды. Проблема в том, что такие электроды, во-первых, слишком жесткие, во-вторых, они могут прокручиваться вокруг нерва, что делает стимуляцию нервных волокон нестабильной. Пациенты затруднялись интерпретировать вызванные стимуляцией зрительные ощущения, поскольку им виделось нечто иное по сравнению с тем, что должно было видеться. Более того, такие электроды недостаточно избирательны, поскольку воздействуют на поверхностные нервные волокна».

Интраневральные электроды действительно могут оказаться решением, обеспечивающим проведение богатой визуальной информации в мозг пациента. Кроме того, они стабильны и не склонны к круговым смещениям после имплантации. Манжетные электроды хирургически обворачиваются вокруг нерва, тогда как интраневральные пронизывают нерв насквозь.

Группа разработала набор из 12 электродов под общим названием OpticSELINE. Для исследования их эффективности электрический ток подавался в различные нервные волокна внутри зрительного нерва, – с одновременным измерением биоэлектрической активности в зрительной коре головного мозга. Также разработан сложный алгоритм декодирования кортикальных сигналов. Показано, что каждый стимулирующий электрод индуцирует специфический и уникальный паттерн активации коры; на основании этого предполагается, что интраневральная стимуляция является селективной и информативной.

Поскольку речь идет о предварительном исследовании на животных моделях, остается неизвестным, какое именно визуальное восприятие лежит в основе этих корковых паттернов.

«На данный момент, – продолжает Гецци, – мы знаем лишь то, что интраневральная стимуляция потенциально способна обеспечить проведение информативного визуального сигнала. Понадобятся отклики и интерпретации пациентов в будущих клинических испытаниях, чтобы уточнить и, может быть, подстроить эти паттерны. С чисто технологической точки зрения, мы готовы начать такие исследования хоть завтра».

Учитывая возможности новой технологии, предназначенный для человека OpticSELINE  мог бы состоять из 48-60 электродов. Это ограниченное количество, и его недостаточно для того, чтобы восстановить зрение полностью. Однако даже ограниченные визуальные сигналы могут быть спроектированы таким образом, чтобы существенно облегчить повседневную жизнь слепых людей.

 

По материалам сайта Science Daily