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Il modello elaborato dal calcolatore avanzato ha potuto piombo ai miglioramenti “nella tecnologia dell'occhio bionico„

Ci sono milioni di persone che affrontano la perdita di loro vista dalle malattie dell'occhio degeneranti. La retinite pigmentosa di malattia genetica da solo pregiudica 1 in 4,000 persone universalmente.

Oggi, c'è la tecnologia disponibile offrire la vista parziale alla gente con quella sindrome. L'Argus II, la prima protesi retinica del mondo, riproduce alcune funzioni di una parte dell'occhio essenziale alla visione, per permettere che gli utenti percepiscano il movimento e le forme.

Mentre il campo delle protesi retiniche è ancora nella sua infanzia, per i centinaia di utenti intorno al globo, “l'occhio bionico„ arricchisce il modo che interagiscono con il mondo su base giornaliera. Per esempio, vedere i profili degli oggetti permette loro di muoversi intorno agli ambienti poco familiari con la sicurezza aumentata.

Quello è appena l'inizio. I ricercatori stanno cercando i miglioramenti futuri sopra la tecnologia, con un obiettivo ambizioso in mente.

“Il nostro scopo ora è di mettere a punto i sistemi che vero imitano la complessità della retina,„ ha detto Gianluca Lazzi, un professore del prevosto dell'oftalmologia e dell'ingegneria elettrica alla scuola di medicina di Keck di USC ed al banco di USC Viterbi di assistenza tecnica.

Lui ed i suoi colleghi di USC coltivati progrediscono in un paio degli studi recenti facendo uso di un modello elaborato dal calcolatore avanzato di che cosa accade nella retina. Il loro modello sperimentalmente convalidato riproduce le forme e le posizioni di milioni di cellule nervose nell'occhio come pure i beni della rete e di fisico medica connessi con loro.

“Cose di cui potremmo nemmeno vedere prima, possiamo ora modellare,„ ha detto Lazzi, che è egualmente il Fred H. Cole professore nell'assistenza tecnica e Direttore dell'istituto di USC per la tecnologia e Medical Systems. “Possiamo imitare il comportamento dei sistemi neurali, in modo da possiamo vero capire perché il sistema neurale fa che cosa fa.„

Mettendo a fuoco sui modelli delle cellule nervose che trasmettono le informazioni visive dall'occhio al cervello, i modi identificati ricercatori potenzialmente aumentare la chiarezza ed accordare la percezione del colore alle unità prostetiche retiniche future.

L'occhio, bionici ed altrimenti

Per capire come il modello elaborato dal calcolatore potrebbe migliorare l'occhio bionico, contribuisce a conoscere poco circa come la visione accade e come la protesi funziona.

Quando l'indicatore luminoso entra nell'occhio sano, la lente lo mette a fuoco sulla retina, alla parte posteriore dell'occhio. Le celle chiamate fotoricettori traducono gli impulsi elettrici di attaccare che sono elaborati da altre celle nella retina. Dopo avere elaborato, i segnali si passano alle celle del ganglio, che trasmettono le informazioni dalla retina al cervello tramite le code lunghe, chiamate assoni, che sono impacchettati insieme per comporre il nervo ottico.

I fotoricettori e le celle di trattamento muoiono fuori nelle malattie dell'occhio degeneranti. Le celle retiniche del ganglio rimangono tipicamente più lungo funzionale; l'Argus II consegna i segnali direttamente a quelle celle.

In queste circostanze sfavorevoli, non c' è più un buon insieme degli input alla cella del ganglio. Come ingegneri, chiediamo come possiamo fornire quell'input elettrico.„

Gianluca Lazzi, il professor del prevosto di oftalmologia e di ingegneria elettrica alla scuola di medicina di Keck di USC ed al banco di USC Viterbi di assistenza tecnica

Un paziente riceve un innesto minuscolo dell'occhio con una schiera degli elettrodi. Quegli elettrodi sono attivati a distanza quando un segnale è trasmesso da un paio dei vetri speciali che hanno una macchina fotografica loro. I reticoli di indicatore luminoso individuati dalla macchina fotografica determinano quale celle retiniche del ganglio sono attivate dagli elettrodi, inviando un segnale al cervello quel provoca la percezione di un'immagine in bianco e nero che comprende 60 punti.

Il modello elaborato dal calcolatore sollecita i nuovi avanzamenti

A certe condizioni, un elettrodo nell'innesto fortuito stimolerà gli assoni delle celle vicine il suo obiettivo. Per l'utente dell'occhio bionico, questo stimolo dell'fuori obiettivo degli assoni provoca la percezione di una forma prolungata invece di un punto. In uno studio pubblicato nelle transazioni di IEEE sui sistemi neurali e sull'assistenza tecnica di ripristino, Lazzi ed i suoi colleghi hanno spiegato il modello elaborato dal calcolatore per affrontare questa emissione.

“Volete attivare questa cella, ma non l'assone vicino,„ Lazzi ha detto. “Così abbiamo provato a progettare una forma d'onda elettrica di stimolo che mira più precisamente alla cella.„

I ricercatori hanno usato i modelli per due sottotipi delle celle retiniche del ganglio, al livello unicellulare come pure nelle reti enormi. Hanno identificato un reticolo degli impulsi di scarsità che mira preferenziale ai corpi cellulari, con meno attivazione dell'fuori obiettivo degli assoni.

Un altro studio recente nei rapporti scientifici del giornale ha applicato lo stesso computer che modella il sistema agli stessi due sottotipi delle cellule per studiare come codificare il colore.

Configurazioni di questa ricerca sopra le indagini più iniziali che indicano che la gente che usando l'Argus II percepisce le variazioni a colori con i cambiamenti nella frequenza del segnale elettrico -- il numero di volte che il segnale si ripete sopra una durata data. Facendo uso del modello, Lazzi ed i suoi colleghi hanno sviluppato una strategia per la regolazione della frequenza del segnale per creare l'impressione del blu di colore.

Oltre la possibilità di aggiunta della percezione del colore all'occhio bionico, codificare con le tonalità potrebbe combinarsi con intelligenza artificiale negli avanzamenti futuri basati sul sistema, di modo che specialmente gli elementi importanti nei dintorni di una persona, quali le fronti di taglio o le entrate, stanno fuori.

“C'è una lunga strada, ma stiamo camminando nella giusta direzione,„ Lazzi ha detto. “Possiamo regalo questa protesi con intelligenza e con conoscenza veniamo potenza.„

Circa gli studi

Entrambi gli studi sono stati intrapresi dallo stesso gruppo di ricerca di USC. Il primo autore su entrambi è Javad Paknahad, un dottorando di ingegneria elettrica. Altri autori sono Kyle Loizos ed il Dott. Mark Humayun, co-inventori della protesi retinica di 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.