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Le type d'ordinateur avancé a pu mener aux améliorations en technologie « d'oeil bionique »

Il y a des millions de gens qui font face à la perte de leur vision des maladies oculaires dégénératives. Seule la rétinite pigmentaire d'affection génétique affecte 1 dans 4.000 personnes mondiales.

Aujourd'hui, il y a technologie procurable pour offrir la vision partielle aux gens avec ce syndrome. L'Argus II, la première prothèse rétinienne du monde, reproduit quelques fonctionnements d'une partie de l'essentiel d'oeil à la visibilité, pour permettre à des usagers de percevoir le mouvement et les formes.

Tandis que l'inducteur des prothèses rétiniennes est toujours dans son enfance, pour des centaines d'usagers dans le monde entier, « l'oeil bionique » enrichit la voie qu'ils agissent l'un sur l'autre avec le monde quotidiennement. Par exemple, voir des contours des objectifs leur permet de déménager autour des environnements peu familiers avec la sécurité accrue.

C'est juste le début. Les chercheurs recherchent de futures améliorations sur la technologie, avec un objectif ambitieux à l'esprit.

« Notre objectif est maintenant de développer les systèmes qui imitent vraiment la complexité de la rétine, » a dit Gianluca Lazzi, un professeur de principal de l'ophthalmologie et du génie électrique à l'École de Médecine de Keck d'USC et l'école d'USC Viterbi du bureau d'études.

Lui et ses collègues d'USC cultivés progressent dans une paire d'études récentes utilisant un type d'ordinateur avancé de ce qui se produit dans la rétine. Leur modèle expérimental validé reproduit les formes et les positions des millions de cellules nerveuses dans l'oeil, ainsi que les propriétés d'examen médical et de mise en réseau liées à elles.

« Choses avant lesquelles nous ne pourrions pas même voir, nous pouvons maintenant modéliser, » a dit Lazzi, qui est également le Fred H. Cole professeur dans le bureau d'études et directeur de l'institut d'USC pour la technologie et le Medical Systems. « Nous pouvons imiter le comportement des systèmes neuraux, ainsi nous pouvons vraiment comprendre pourquoi le système neural fait ce qu'il fait. »

Se concentrant sur des modèles des cellules nerveuses qui transmettent l'indication visuelle de l'oeil au cerveau, les voies recensées par chercheurs potentiellement d'augmenter la clarté et d'accorder à la vision des couleurs à de futurs dispositifs prothétiques rétiniens.

L'oeil, bioniques et autrement

Pour comprendre comment le type d'ordinateur pourrait améliorer l'oeil bionique, elle aide à connaître au sujet de la façon dont la visibilité se produit et de la façon dont la prothèse fonctionne.

Quand la lumière écrit l'oeil sain, la lentille l'oriente sur la rétine, au fond de l'oeil. Les photorécepteurs appelés de cellules traduisent la lumière en impulsions électriques qui sont traitées par d'autres cellules dans la rétine. Après traitement, les signes sont réussis le long aux cellules ganglionnaires, qui fournissent l'information de la rétine au cerveau par de longs arrières, les axones appelés, qui sont empaquetés ensemble pour composer le nerf optique.

Les photorécepteurs et les cellules de traitement meurent hors circuit dans les maladies oculaires dégénératives. Les cellules ganglionnaires rétiniennes demeurent type plus longues fonctionnel ; l'Argus II fournit des signes directement à ces cellules.

En ces conditions fâcheuses, il n'y a plus un bon ensemble d'entrées à la cellule ganglionnaire. Comme techniciens, nous demandons comment nous pouvons fournir ces données électriques. »

Gianluca Lazzi, professeur de principal de l'ophthalmologie et du génie électrique à l'École de Médecine de Keck d'USC et l'école d'USC Viterbi du bureau d'études

Un patient reçoit un implant minuscule d'oeil avec un choix d'électrodes. Ces électrodes sont à distance déclenchées quand un signe est transmis d'une paire de glaces spéciales qui ont un appareil-photo sur elles. Les configurations de la lumière trouvées par l'appareil-photo déterminent quelles cellules ganglionnaires rétiniennes sont activées par les électrodes, envoyant un signe au cerveau ce a comme conséquence la perception d'une image noire et blanche comportant 60 points.

Le type d'ordinateur va au devant des avances neuves

Dans certaines conditions, une électrode dans l'implant stimulera fortuit les axones des cellules voisines son objectif. Pour l'usager de l'oeil bionique, cette stimulation de hors circuit-objectif des axones a comme conséquence la perception d'une forme oblongue au lieu d'un point. Dans une étude publiée dans des transactions d'IEEE sur les systèmes neuraux et le bureau d'études de rééducation, Lazzi et ses collègues ont déployé le type d'ordinateur pour aborder cette édition.

« Vous voulez activer cette cellule, mais pas l'axone voisin, » Lazzi a dit. « Ainsi nous avons essayé de concevoir une forme d'onde d'électrostimulation que vise plus avec précision la cellule. »

Les chercheurs ont employé des modèles pour deux sous-types de cellules ganglionnaires rétiniennes, au niveau unicellulaire ainsi que dans les réseaux énormes. Ils ont recensé une configuration des impulsions courtes qui vise préférentiellement des corps cellulaires, avec moins d'activation de hors circuit-objectif des axones.

Une autre étude récente dans les états scientifiques de tourillon a appliqué le même ordinateur modélisant le système aux mêmes deux sous-types de cellules pour vérifier comment coder la couleur.

Constructions de ces recherches sur de premières investigations prouvant que les gens employant l'Argus II perçoivent des variations de couleur avec des changements de la fréquence du signe électrique -- le nombre de fois où le signe répète au-dessus d'une durée donnée. Utilisant le modèle, Lazzi et ses collègues ont développé une stratégie pour régler la fréquence du signe pour produire la perception du bleu de couleur.

Au delà de la possibilité d'ajouter la vision des couleurs à l'oeil bionique, le codage avec des tonalités pourrait être combiné avec l'artificial intelligence dans de futures avances basées sur le système, de sorte qu'en particulier les éléments importants dans les environs d'une personne, tels que des faces ou des portes, restent à l'extérieur.

« Il y a une longue route, mais nous marchons dans le bon sens, » Lazzi a dit. « Nous pouvons don cette prosthétique avec le renseignement, et avec la connaissance venons pouvoir. »

Au sujet des études

Les deux études ont été entreprises par la même équipe de recherche d'USC. Le premier auteur sur les deux est Javad Paknahad, un étudiant de troisième cycle de génie électrique. D'autres auteurs sont Kyle Loizos et M. Mark Humayun, coinventeurs de la prothèse rétinienne d'Argus II.

Source:
Journal reference:

Paknahad, J., et al. (2021) Color and cellular selectivity of retinal ganglion cell subtypes through frequency modulation of electrical stimulation. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-021-84437-w.