Протезирование органов чувств (лекция 2)

1. Протезирование органов чувств

Лекция 2

2. Строение глаза

3. Строение сетчатки

4. Сетчаточные импланты

Есть несколько вариантов стимуляции от видеокамеры.
Самый соблазнительный в плане эффекта – подключение контактов напрямую к коре
головного мозга. Но он же и самый рискованный для здоровья.
Другой ход – подсоединение набора электродов к зрительному нерву (т.н. малоинвазивный имплант).
Но он требует виртуозной хирургической операции
Основатели метода - Винсент и Алан
Чоу.
Микрочип (чёрный кружок) на
поверхности монетки и он же –
внедрённый в сетчатку человека;
Внизу показано место, куда
внедряется чип. Его толщина
составляет 25 микрометров.
Над подобными протезами работают
сразу в нескольких научных группах
и компаниях.

5.

Модель импланта и решётка
электродов (при сильном
увеличении), внедрённая в глаз
свиньи.
Имплантат на свиньях
протестирован в течение 10
месяцев.
Чип помещён под сосудистую
оболочку глазного яблока , т.е.
снаружи глаза (капилляры
проходят поверх чипа).
Искусственную сетчатку «Аргус-2»
уже внедрили 18 добровольцам, один
из которых – 68-летний Дин Ллойд живёт с ней уже примерно два года.
Он может точно указать пальцем на
яркую точку, появляющуюся в
произвольном месте тёмного экрана,
ходить по белой линии, нарисованной
на тёмном полу, и различать общие
контуры предметов.
Крошечная камера, передающая
картинку для Ллойда, почти
незаметно вмонтирована в оправу
очков (на переносице).

6.

Компания Second Sight специализируется на разработке и
изготовлении различных имплантов, подключаемых к сетчатке
Они позволяют слепым людям, правда с
большими ограничениями, видеть
различные объекты и их движение в
окружающей среде.
Обычно в составе таких имплантов есть
очки с установленными видеокамерами,
которые через преобразователи
микропроцессорного блока транслируют
изображение на электроды, вживленные в
сетчатку глаза.
Новый имплант Argus II реализует немного
другую идею, позволяя передать на
нервные окончания сетчатки глаза слепого
человека сигналы, соответствующие
изображению, синтезированному
компьютером
Такому искусственному зрению очень
далеко до нормы. Но качества
изображения достаточно, чтобы смог
воспринять и прочесть слова, написанные
шрифтом Брайля.
Для этого условно разделили 60
электродов на группы, соответствующие
символам шрифта Брайля. Соответственно,
каждый из электродов являлся одной
точкой символа, точкой, из которых
состоит шрифт Брайля и которые ощущают
слепые люди, прикасаясь к символам,
напечатанным особым методом.

7.

Christian Koch
[email protected]
Пигментный ретинит (RP) является врожденным
заболеванием сетчатки глаза, которое приводит к
постепенному вырождению светочувствительных
клеток сетчатки, в результате чего сужается поле
зрения пострадавших пациентов и в большинстве
случаев приводит к полной слепоте. Несмотря на
значительный прогресс, достигнутый при лечении
заболеваний сетчатки в последние годы, пигментный
ретинит до сих пор неизлечимым. EPI-RET-3
беспроводной имплантант сетчатки представляет
собой на-сетчаточный протез, способный
стимулировать ганглиозные клетки сетчатки, которые
расположены на поверхности сетчатки и чьи аксоны
образуют зрительный нерв. Таким образом возможно
восстановить визуальные ощущения у слепых
пациентов RP.

8. Зрительные пути к мозгу

9.

Электрическая стимуляция зрительной коры у человека
Вдохновленный работой Бриндли, д-р Уильям Dobelle
посвятил себя исследованию искусственного зрения с
целью разработки визуальных протезов, которые
могли бы в конечном итоге восстановить зрение
слепым. В конце шестидесятых и начале
семидесятых, Уильям Dobelle и его команды,
путешествуя в ряде медицинских центров в Северной
Америке, выполненные острых опытах на стимуляцию
зрячих пациентов, которым пришлось пройти
операцию на головном мозге из-за связаны проблемы
со здоровьем, и вызвался вместе со своими хирургами
представить замечания, вытекающие из такой
стимуляции проводится во время операции под
местной анестезией.
Устройство было 80 электродов, каждый со своим
собственным контрольного устройства
(приемника).Набор из 80 приемников сидел прямо
под череп, в то время как электроды лежали на
верхней части затылочной коры.

10. Кохлеарные импланты

В состав системы кохлеарной имплантации
входят два компонента:
Речевой процессор - это маленький компьютер.
Речевой процессор бывает карманным (в виде
небольшого устройства с ЖК дисплеем), или заушным –
похожим на слуховой аппарат.
Речевой процессор получает информацию о звуках от
микрофона, осуществляет ее анализ и кодировку и
передает на второй компонент системы – сам
кохлеарный имплант.
Кохлеарный имплант
доставляет звуковую информацию
в виде электрических импульсов к
волокнам слухового нерва, минуя
поврежденный рецепторный
аппарат внутреннего уха.
Имплант состоит из
приемника/стимулятора и
электродной решетки.
Приемник/стимулятор –
маленькая круглая пластина, он
располагается под кожей за ухом
и принимает сигналы,
трансформируя их в
электрические импульсы.
Электродная решетка – тонкая
нить, выходящая из
приемника/стимулятора, она
располагается во внутреннем ухе
в непосредственной близости от
волокон слухового нерва.
Электродная решетка состоит из
платиновых электродов, и по ним
электрические импульсы
попадают в слуховой нерв.

11.

Наружная часть:
Микрофон, который воспринимает звуки
окружающего мира, в том числе и речь.
Речевой процессор, который представляет
собой систему фильтров, позволяющую
выделить в основном звуки речевого
диапазона, после чего он отправляет
преобразованные электрические сигналы
через тонкий кабель к передатчику.
Передатчик, который путем
электромагнитной индукции передает
полученные электрические сигналы на
внутреннюю часть имплантата, которая
находится непосредственно в улитке.
Внутренняя часть:
Приемник и стимулятор, которые
находятся в толще кости, они
преобразовывают сигналы в электрические
импульсы, и отправляют их по кабелю к
матрице электродов.

12. Матрица электродов

Матрица электродов — самая сложная часть имплантанта. Она
представляет собой тончайшую гибкую спиралеобразную трубочку,
повторяющую естественную анатомию улитки, с тонкими волосками
электродов по всей длине спирали.
Материал трубочки — химически и биологически инертный, не
отторгающийся организмом и обладающий свойствами хорошего
электроизолятора - силикон.
Материал электродов — платина, обладающая высокой
электропроводностью, биологической и химической инертностью.
Эту спираль вживляют по возможности глубоко внутрь улитки (чем
больше глубина вживления, тем лучше передаются все частоты).
Система электродов при этом покоится на базилярной мембране улитки
и непосредственно контактирует с веточками слухового нерва,
иннервирующими те или иные участки базилярной мембраны.
Первые имплантаты имели всего один электрод, в современных (на
2005) моделях используется от 16 до 24 электродов.

13. Стволовой имплантант Nucleus ABI Implant  (ABI24M) - фирма Cochlear (Швейцария, Австралия)

Стволовой имплантант Nucleus ABI Implant (ABI24M)
- фирма Cochlear (Швейцария, Австралия)
Стволовой имплантант Nucleus ABI
Implant (ABI24M)
Предназначен для случаев с повреждением
слухового нерва.
Матрица с 21 активными плоскими платиновыми
электродами, расположенными в 3 ряда на мягком
носителе (+2 пассивных электрода).
Усовершенствованная
конструкция приемника/стимулятора меньшего
размера в прочном титановом корпусе, покрытом
силиконовой оболочкой.
How does it work? The system consists of a
receiver/stimulator, a pocket sized speech
processor worn on the body, and the
microphone/headset.
Во время операции приёмник-стимулятор
имплантируется позади уха. Кабель идёт от
приёмника-стимулятора к блоку электродов,
которые имплантированы в ствол мозга.
The speech processor and microphone/headset
pick up sound and change it into electrical
impulses that are sent to the implanted
receiver/stimulator.
Импульсы передаются по кабелю на электроды,
которые электрически стимулируют область,
принимающую в норме электрические сигналы
слухового нерва
What will it accomplish? In clinical studies,
82% of the patients implanted with the Nucleus
24 Auditory Brainstem Implant System were able
to detect certain familiar sounds, such as honking
horns and ringing doorbells; 85 % were able to
hear and understand conversation with the aid of
lipreading; 12% were able to hear well enough to
use the phone. Of the 90 patients who received
this implant 18% were not able to hear any
sound. The ABI System does not restore normal
hearing.

14. Технические проблемы

Риск повреждения при хирургическом вмешательстве при
установке прибора. Поэтому чип стали располагать снаружи от
глазного яблока.
Негативное воздействие имплантата на организм. Поэтому чип
укрыт в герметичном титановом корпусе.
Не менее важно сократить и разрушительное воздействие
среды тела на сам имплантат. Микрочип не должен вызывать
отторжения и воспаления.

15. Статистика применения

В мире насчитывается уже более 130 000 человек, пользующихся
системами кохлеарной имплантации.
Фирма Cochlear (Швейцария, Австралия) стояла у истоков
кохлеарной имплантации и имеет более чем 30-летний опыт в области
производства и разработки систем кохлеарной имплантации.
Благодаря крупным инвестициям в фундаментальные исследования и
научные разработки, Cochlear на сегодняшний день является самым
авторитетным и крупным производителем систем кохлеарной
имплантации и занимает лидирующие позиции в этой области.
Регулярная публикация реальных данных по надежности систем
кохлеарной имплантации и научных разработок фирмы является
отличительной особенностью деятельности Cochlear.
На сегодняшний день более 94000 пациентов в 95 странах мира
пользуются системами кохлеарной имплантации торговой марки
Nucleus производства фирмы Cochlear, что составляет более 70%
мирового рынка. Трое из каждых четырех проимплантированных
пациентов являются обладателями системы кохлеарной имплантации
Nucleus.

16.

Спасибо за внимание