Идея искусственной сетчатки существует уже много лет. Если фоторецепторы повреждены, но часть нейронов сетчатки и зрительного пути сохранилась, возникает возможность передавать зрительную информацию с помощью электрической стимуляции.
Но создать такой протез значительно сложнее, чем просто имплантировать в глаз электроды.
Одна из главных проблем — как сделать так, чтобы нервная ткань могла годами находиться в непосредственном контакте с электроникой, не отвечая хроническим воспалением и не теряя способность воспринимать электрический сигнал?
Новое экспериментальное исследование предлагает для этой задачи необычный материал — графен.
Почему именно графен?
Графен — чрезвычайно тонкий углеродный материал, обладающий высокой электропроводностью.
Для нейроинтерфейсов это особенно интересно. Электрод должен одновременно эффективно передавать электрический импульс, быть максимально деликатным по отношению к нервной ткани и сохранять свои свойства длительное время.
Исследователи изучили биосовместимость графена in vivo и оценили реакцию окружающей нервной ткани.
Одним из ключевых показателей была активность микроглии — иммунных клеток центральной нервной системы, реагирующих на повреждение и инородные материалы.
Графеновые структуры вызывали менее выраженную микроглиальную реакцию, чем использованные для сравнения биосовместимые полимерные материалы.
Это не означает, что искусственная сетчатка на основе графена уже создана.
Но показывает, что материал заслуживает дальнейшего изучения как потенциальная основа для электродов, способных длительно взаимодействовать с нервной тканью.
Почему воспаление так важно?
Даже прекрасно работающий электрод со временем может потерять эффективность, если организм начинает изолировать его от окружающей ткани.
Воспалительная реакция, изменение клеточного окружения и формирование своеобразного барьера способны ухудшать передачу электрического сигнала между электродом и нейронами.
Поэтому при создании искусственной сетчатки необходимо решить две совершенно разные задачи: научиться передавать информацию нервным клеткам и сделать так, чтобы этот контакт сохранялся годами.
Новое исследование касается прежде всего второй задачи.
От электрического импульса до зрения еще далеко
Даже если идеальный материал для электрода будет найден, остается значительно более сложная проблема.
Зрение — это не электрический импульс сам по себе.
Необходимо преобразовать изображение окружающего мира в пространственно-временной код, передать его сохранившимся клеткам сетчатки, провести по зрительному нерву и научить мозг правильно интерпретировать эту информацию.
Поэтому сегодняшнее исследование — не готовый способ возвращения зрения.
Это один из фундаментальных шагов к созданию долговременного интерфейса между электроникой и нервной системой человека.
И именно в этом заключается его настоящее значение.
Но если посмотреть дальше, за ним стоит один из самых интересных вопросов современной офтальмологии — можно ли создать искусственный интерфейс, который нервная система человека действительно сможет принять как часть своей функциональной системы?
Сетчатка особенно интересна для таких исследований. Это нервная ткань, являющаяся частью центральной нервной системы, но при этом она анатомически доступна для диагностики и хирургического вмешательства.
Мы уже умеем преобразовывать изображение в цифровой сигнал. Значительно сложнее превратить этот сигнал в понятный нервной системе код и передать его с достаточным пространственным разрешением.
Он должен работать годами.
Именно поэтому реакция микроглии, которую изучали авторы этой работы, имеет значительно большее значение, чем может показаться. Если вокруг электрода возникает хроническое воспаление и ткань постепенно изолирует его, качество передачи сигнала неизбежно ухудшается.
Но сегодняшние результаты — только один этап. Еще предстоит доказать долговременную безопасность, стабильность материала, эффективность стимуляции и, самое главное, способность такого интерфейса обеспечивать человеку действительно полезное зрительное восприятие.
«Искусственная сетчатка будущего — это не просто электронный прибор, помещенный внутрь глаза. Она должна стать интерфейсом между двумя совершенно разными системами — электроникой и живой нервной тканью. И здесь недостаточно научиться передавать электрический импульс. Нужно сделать так, чтобы нервная система принимала этот контакт годами, а мозг мог превращать полученную информацию в зрительный образ. Поэтому исследования биосовместимости графена сегодня выглядят как небольшой технический шаг, но именно из таких шагов постепенно складывается путь к настоящему бионическому зрению.»
Профессор В.В. Куренков