Berna Gomez trägt eine Brille, um die Prothese zu testen. (John A. Moran Eye Center an der University of Utah) Eine direkt ins Gehirn implantierte „Sehprothese“ hat es einer blinden Frau zum ersten Mal seit 16 Jahren ermöglicht, zweidimensionale Formen und Buchstaben wahrzunehmen.
Die US-amerikanischen Forscher, die hinter diesem phänomenalen Fortschritt bei optischen Prothesen stehen, haben kürzlich die Ergebnisse ihrer Experimente veröffentlicht und Erkenntnisse präsentiert, die dazu beitragen könnten, die Art und Weise, wie wir Menschen ohne Sehkraft wieder zum Sehen verhelfen, zu revolutionieren.
Im Alter von 42 Jahren entwickelte sich Berna Gomez toxische Optikusneuropathie , eine schädliche Erkrankung, die die Sehnerven, die ihre Augen mit ihrem Gehirn verbinden, schnell zerstörte.
In nur wenigen Tagen waren die Gesichter von Gomez‘ beiden Kindern und ihrem Mann in der Dunkelheit verblasst und ihre Karriere als Lehrerin für Naturwissenschaften hatte ein unerwartetes Ende gefunden.
Dann, im Jahr 2018, traf Gomez im Alter von 57 Jahren eine mutige Entscheidung. Sie meldete sich freiwillig und war die allererste Person, der eine winzige Elektrode mit hundert Mikronadeln in den Sehbereich ihres Gehirns implantiert wurde. Der Prototyp würde nicht größer als ein Penny sein, etwa 4 mm mal 4 mm, und nach sechs Monaten wieder herausgenommen werden.
Im Gegensatz zu Netzhautimplantaten, die als Mittel erforscht werden Künstlicher Einsatz von Licht zur Stimulation der Nerven, die die Netzhaut verlassen Dieses spezielle Gerät, bekannt als Moran|Cortivis-Prothese, umgeht das Auge und den Sehnerv vollständig und gelangt direkt zur Quelle der visuellen Wahrnehmung.
Nachdem er sich in Spanien einer neurochirurgischen Operation unterzogen hatte, um das Gerät zu implantieren, verbrachte Gomez die nächsten sechs Monate damit, jeden Tag vier Stunden lang ins Labor zu gehen, um sich Tests und Schulungen mit der neuen Prothese zu unterziehen.
Die ersten zwei Monate verbrachte ich größtenteils damit, Gomez dazu zu bringen, zwischen den spontanen Lichtstichen, die sie immer noch gelegentlich in ihrem Kopf sieht, und den Lichtflecken zu unterscheiden, die durch die direkte Stimulation ihrer Prothese hervorgerufen wurden.
Sobald ihr dies gelingt, könnten die Forscher damit beginnen, sie vor echte visuelle Herausforderungen zu stellen.
Als eine Elektrode in ihrer Prothese stimuliert wurde, berichtete Gomez, dass sie einen Lichtstrahl „gesehen“ habe, ein sogenanntes Phosphen. Abhängig von der Stärke der Stimulation kann der Lichtfleck heller oder blasser sein, eine weiße Farbe oder eher einen Sepia-Ton haben.
Wenn mehr als zwei Elektroden gleichzeitig stimuliert wurden, fiel es Gomez leichter, die Lichtpunkte wahrzunehmen. Einige Stimulationsmuster sahen aus wie eng beieinander liegende Punkte, während andere eher wie horizontale Linien aussahen.
„Ich kann etwas sehen!“ Gomez rief aus als sie 2018 eine weiße Linie in ihrem Gehirn sah.
Vertikale Linien waren für die Forscher am schwierigsten zu erzeugen, aber am Ende des Trainings konnte Gomez mit einer Genauigkeit von 100 Prozent korrekt zwischen horizontalen und vertikalen Mustern unterscheiden.
Das Utah Electrode Array in Aktion. (John A. Moran Eye Center an der University of Utah)
„Außerdem berichtete die Versuchsperson, dass die Wahrnehmungen eine länglichere Form hatten, wenn wir den Abstand zwischen den Stimulationselektroden vergrößerten“, so die Autoren schreiben Sie in ihre Arbeit .
„Dies deutet darauf hin, dass die Größe und das Aussehen des Phosphens nicht nur von der Anzahl der stimulierten Elektroden abhängt, sondern auch von ihrer räumlichen Verteilung …“
Angesichts dieser vielversprechenden Ergebnisse wurde der allerletzte Monat des Experiments genutzt, um zu untersuchen, ob Gomez mit ihrer Prothese Buchstaben „sehen“ konnte.
Wenn bis zu 16 Elektroden gleichzeitig in unterschiedlichen Mustern stimuliert wurden, konnte Gomez einige Buchstaben wie I, L, C, V und O zuverlässig identifizieren. Sie konnte sogar zwischen einem großen O und einem kleinen O unterscheiden.
Die für den Rest des Alphabets erforderlichen Stimulationsmuster sind noch unbekannt, aber die Ergebnisse legen nahe, dass die Art und Weise, wie wir Neuronen mit Elektroden im Gehirn stimulieren, zweidimensionale Bilder erzeugen kann.
Im letzten Teil des Experiments trug Gomez eine spezielle Brille, in die eine Miniaturvideokamera eingebaut war. Diese Kamera scannte Objekte vor ihr und stimulierte dann über die Prothese verschiedene Elektrodenkombinationen in ihrem Gehirn, wodurch einfache visuelle Bilder erzeugt wurden.
Die Brille ermöglichte es Gomez letztendlich, zwischen den kontrastierenden Rändern schwarzer und weißer Balken auf Karton zu unterscheiden. Sie konnte sogar die Position eines großen weißen Quadrats auf der linken oder rechten Hälfte eines Computerbildschirms finden. Je mehr Gomez übte, desto schneller wurde sie.
Die Ergebnisse sind ermutigend, liegen jedoch nur für ein einziges Fach über einen Zeitraum von sechs Monaten vor. Bevor dieser Prototyp für den klinischen Einsatz verfügbar wird, muss er über viel längere Zeiträume an vielen weiteren Patienten getestet werden.
In anderen Studien wurden dieselben Mikroelektroden-Arrays, sogenannte Utah-Elektroden-Arrays, in andere Teile des Gehirns implantiert, um die Steuerung künstlicher Gliedmaßen zu unterstützen. Wir wissen also, dass sie zumindest kurzfristig sicher sind. Doch die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und riskiert eine stabile Entwicklung Einbußen bei der Funktionalität über nur wenige Betriebsmonate.
Während Ingenieure die Zuverlässigkeit der Geräte verbessern, müssen wir immer noch genau wissen, wie die Software programmiert wird, die die visuellen Eingaben interpretiert.
Letztes Jahr haben Forscher am Baylor College of Medicine in Houston ein ähnliches Gerät eingefügt in einen tieferen Teil des visuellen Kortex. Bei fünf Studienteilnehmern, von denen drei sehend und zwei blind waren, stellte das Team fest, dass das Gerät blinden Menschen dabei half, die Formen einfacher Buchstaben wie W, S und Z zu zeichnen.
Im Fall von Gomez gab es keine Hinweise darauf, dass das Gerät Nerventod, epileptische Anfälle oder andere negative Nebenwirkungen auslöste, was ein gutes Zeichen ist und darauf hindeutet, dass Mikrostimulation sicher zur Wiederherstellung der funktionellen Sehkraft eingesetzt werden kann, selbst bei Personen, die irreversible Schäden erlitten haben auf ihre Netzhaut oder Sehnerven.
„Ein Ziel dieser Forschung ist es, einem blinden Menschen mehr Mobilität zu ermöglichen“, sagt Bioingenieur Richard Normann von der University of Utah.
„Es könnte ihnen ermöglichen, eine Person, Türen oder Autos leicht zu identifizieren.“ Es könnte die Unabhängigkeit und Sicherheit erhöhen. Darauf arbeiten wir hin.“
Im Moment scheint es so, als ob mit Sehprothesen nur eine sehr rudimentäre Form des Sehvermögens wiederhergestellt werden kann, aber je mehr wir das Gehirn und diese Geräte bei blinden und sehenden Menschen untersuchen, desto besser werden wir herausfinden, wie sich bestimmte Stimulationsmuster reproduzieren können komplexere visuelle Bilder.
Vielleicht können eines Tages auch andere Patienten dank der Arbeit von Gomez mit dieser Prothese das gesamte Alphabet nachzeichnen. Vier weitere Patienten stehen bereits Schlange, um das Gerät auszuprobieren.
„Ich weiß, dass ich blind bin, dass ich immer blind sein werde“, Gomez sagte in einer Erklärung vor einigen Jahren.
„Aber ich hatte das Gefühl, dass ich in Zukunft etwas tun könnte, um den Menschen zu helfen.“ Das geht mir immer noch so.‘
Gomez‘ Name wird in der Arbeit als Co-Autorin aufgeführt, für all ihre Einsichten und ihre harte Arbeit.
Die Studie wurde im veröffentlicht Zeitschrift für klinische Untersuchung .