Искусственное зрение

Электронный глаз лучше человеческого по ряду параметров

Протезирование глаз – дело достаточно сложное. До недавних пор людям, лишившимся зрения, предлагали только операцию (да и то не всегда), а если речь шла о протезах, то, как правило, те выполняли лишь косметическую функцию. Но, возможно, в самом ближайшем будущем все радикально изменится. Так, недавно команда специалистов из Гонконгского университета науки и технологии разработала так называемый бионический глаз, почти идентичный человеческому.

Специалисты неоднократно пытались разрабатывать проекты протезов, способных вернуть людям утраченное зрение. Самые ранние исследования на эту тему начались еще в 1991 году. В 1998 году в Калифорнии открылась первая компания, которая стала работать над таким устройством, – Second Sight. Но первая версия зрительного протеза под названием Argus I появилась только в 2002 году. Ведущим автором разработки стал инженер Марк Хумаюн. Она прошла клинические исследования на шести пациентах.

В 2006 году группа биоинженеров из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе во главе с профессором Вентаи Лю представила устройство Argus II Retinal Prosthesis System, предназначенное для людей, потерявших зрение в силу возраста или недугов, разрушающих светочувствительные рецепторы глазной сетчатки.

Принцип действия устройства следующий. В сетчатку глаза имплантируется крохотный чип. Пользователю при этом необходимо носить специальные очки типа солнцезащитных, в которые встроена миниатюрная камера. Видеосигнал обрабатывается микрокомпьютером, прикрепленным к поясу, а затем с помощью модуля беспроводной связи передается на чип. Тот в свою очередь стимулирует электронными импульсами нервные окончания сетчатки. Сигнал поступает в мозг, и слепой человек видит изображение. Правда, возможности, предоставляемые Argus II, оказались крайне ограниченными. Устройство позволяет видеть буквы, набранные крупным шрифтом, распознавать объекты и их движение и очень смутно различать лица других людей. К тому же изображение может быть только черно-белым, а не цветным. Например, дверной проем человек, скорее всего, увидит как темный контур в виде буквы «м».

Так что заменой зрению эту систему можно назвать с большой натяжкой. К тому же носить сразу и очки с чипом, и пояс с микрокомпьютером, на мой взгляд, слишком неудобна. Тем не менее второго «Аргуса» сочли огромным прорывом. Первые клинические испытания прошли в Мексике, затем они проводились в медицинских центрах Европы и США.

Имплантация бионического глаза пациентам показала умеренно успешные результаты, в том числе и в России. Так, в 2017 году Argus II получил слепоглухой пациент из Челябинска Григорий Ульянов. Его прооперировали в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА России. В операции участвовали специалисты из США, в том числе и сами разработчики устройства. Вскоре мужчина смог различать некоторые объекты.

Чем же отличается от пресловутого «Аргуса» новая разработка гонконгских инженеров? Сетчатка искусственного зрительного органа представляет собой изогнутую мембрану из оксида алюминия, которая вставляется в заднюю часть глазного яблока (по крайней мере, речь уже не идет об очках, которые нужно то надевать, то снимать). К ней прикреплены датчики, изготовленные из нанонитей перовскита – светочувствительного материала, на основе которого изготавливают солнечные батареи. Хрусталик заменяет обычная линза, а роль стекловидного тела играет ионный электролит. Показания с датчиков по проводам поступают на внешнее устройство, которое их обрабатывает, подобно тому как сигналы от зрительных нервов поступают в мозг.

Как сообщает журнал Nature, разработчики утверждают, что по ряду параметров электронный глаз даже превосходит человеческий. Так, у него выше чувствительность благодаря расширению оптического диапазона длин волн, он способен улавливать даже волны длиной в 800 нанометров. В результате владелец такого протеза сможет достаточно хорошо видеть в темноте, чем способны похвастаться немногие люди. Еще один приятный бонус: бионический глаз должен реагировать на изменения освещения гораздо быстрее, чем человеческое око, поэтому ему будет проще приспособиться к изменившимся условиям. Скажем, в идеале вам не придется долго осматриваться в темном помещении, войдя туда с улицы.

Правда, картинка получится не слишком четкой – примерно 100 пикселей на дюйм. Глаз уже научили распознавать буквы латинского алфавита. Широта поля зрения здесь составляет 100 градусов (у естественного глаза – 150), но это куда больше, чем у тех устройств, которые предлагались до сих пор.

Чтобы продемонстрировать возможности восприятия более высокого разрешения, специалисты использовали магнитное поле, прикрепив вместо проводов к наносенсорам тонкие металлические иглы толщиной от 20 до 100 микрометров. «Это очень похоже на хирургическую операцию», – прокомментировал один из авторов разработки, инженер Чжийонг Фан.

Увы, искусственный орган зрения пока не удалось сделать полностью автономным, ему требуется регулярная подзарядка от внешнего источника. Однако следующим моделям электрическая розетка и зарядное устройство, возможно, уже не понадобятся: предполагается, что они будут заряжаться от солнца.

Сейчас главное – решить проблему соединения протеза со зрительным нервом. Если вы потеряли ногу, кое-как ходить можно даже с деревянным протезом на культе. Но если ваши зрительные нервы мертвы, то никакие высокие технологии вам не помогут восстановить зрение даже на долю процента. По крайней мере, на нынешнем этапе развития научно-технического прогресса. Да и если нервы действуют, все выглядит не так-то просто. На совершенствование устройства может уйти до десяти лет, считает Фан. Он также добавил, что бионические глаза могут пригодиться и роботам, которые, по-видимому, в последующие годы все больше будут входить в нашу жизнь. «В будущем мы сможем использовать эту технологию для улучшения протезов зрения и гуманоидной робототехники», – говорит он.

Лада КОВАЛЕНКО