Читать книгу "История зрения: путь от светочувствительности до глаза - Вадим Бондарь"

Завтра приходит неожиданно быстро. Есть риск, что будущее может наступить, пока книга готовится к изданию, и нужно прогнозировать уже «послебудущее». Это неблагодарная работа, но я попробую.

Киберглаз

Поговорим о протезах сетчатки, устанавливающихся непосредственно в зрительную кору, новых электронных устройствах, которые в недалеком будущем позволят видеть, даже если глаз нет совсем. Это портативное устройство уже существует, правда, пока оно очень высокотехнологичное и дорогое. Однако со временем все высокотехнологичное и дорогое становится обыденным и дешевым.

Мы уже знаем, как устроен глаз. Это живая камера, в которой изображение проецируется на сетчатку глаза. С некоторыми оговорками сетчатку можно сравнить с матрицей фотоаппарата. Проще говоря, от глаза отходят множество очень тонких проводков, несущих в головной мозг информацию о том, что он видит. Окружающее проецируется на сферическую сетчатку, появляется нервный импульс, уходящий в мозг по волокнам зрительного нерва. Таким образом, каждая точка пространства имеет свое представительство не только на сетчатке, но и в зрительном нерве и далее в зрительных путях, волокна в которых располагаются в определенном порядке. Специалисты называют его ретинотопическим. Под зрительными путями понимается весь путь нервной передачи: от сетчатки до зрительной коры в затылочной области.

Порядок помогает

Особый порядок расположения волокон в зрительном нерве позволяет неврологам и нейрохирургам выявить очаг поражения в головном мозге (например, опухоли), если он затрагивает зрительные пути. Они достаточно длинные – начинаются в глазу и заканчиваются в затылочной доле коры головного мозга. Вероятность возможного выпадения полей зрения достаточно высока. При незначительных выпадениях пациент может их не замечать. В такой ситуации проводят измерение полей зрения при помощи специального периметра, когда пациента просят смотреть на яркую точку в центре сферы, а по ее периферии загораются точечные светильники разной яркости. Если пациент видит эти светящиеся элементы, он нажимает на кнопку джойстика. Компьютер обрабатывает информацию и рисует карту полей зрения.

Каждое волокно зрительного пути несет информацию об отдельной точке пространства. Эти волокна идут в определенном порядке, повторяющем расположение точек в пространстве. Здесь я упрощаю, на самом деле все значительно сложнее.

Для понимания того, как должен работать киберглаз, подойдет такая упрощенная, но абсолютно объективная картина. Соответственно, чтобы вставить киберглаз, надо встроить провода от видеокамеры в уже существующие зрительные пути – в таком случае будет возможно первое киберзрение.

Какие проблемы возникают при изобретении киберглаза? Нужно очень много тоненьких проводов, которые будут соединяться с проводящими путями и генерировать зрительный импульс. Они должны располагаться в определенном порядке и каким-то образом встраиваться в существующую нейронную сеть, не быть травмирующими и токсичными и работать если не всю жизнь, то очень долго.

Такие предложения уже есть. Американская фирма Second Sight разработала и наладила выпуск ретинальных протезов, представляющих собой светочувствительную матрицу, которая помещается на переднюю поверхность сетчатки в область центра и способна генерировать сигнал, передаваемый далее по зрительному нерву. В такой системе электронный протез воссоздает часть сетчатки.

FDA дала разрешение на изучение системы Orion-I – кортикальной (то есть относщейся к зрительной коре головного мозга) системы протезирования зрения. Разрешение распространяется на Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе и Школу медицины в Хьюстоне, чтобы они могли провести исследование с участием пяти пациентов. Зрительная кора головного мозга – та часть, в которой происходит финальная обработка зрительной информации. Увиденное осознается нами, представляется нам в виде конкретной картины.

Система Orion-I – это устройство, стимулирующее зрительную кору в обход сетчатки и зрительного нерва. Такая система может вернуть зрение людям, которые потеряли его из-за приобретенных заболеваний сетчатки или зрительного нерва (например, глаукомы или пигментного ретинита).

Ученые десятилетиями пытались разработать мозговой имплантат для возвращения зрения, но успеха не было. Если устройство покажет свою эффективность, это поможет миллионам слепых людей во всем мире.

Система Orion-I имеет тот же принцип, что и предыдущая Argus-II – видеокамера расположена в очках, которые носит пациент. Изображение трансформируется в слабые импульсы, которые через имплантированные электроды приходят непосредственно в кору головного мозга (в системе Argus-II электроды монтировались в сетчатку). Такой подход позволяет расширить показания для использования таких приборов и применять его для лечения заболеваний с характерными поражениями и сетчатки, и зрительного нерва.

Скорее всего, даже очень успешные испытания пока не решат всех проблем. Зрение можно будет вернуть только тем, у кого оно раньше было, что позволило развиться зрительной коре в раннем детстве. Однако это неоднозначный факт. Возможно, пространственная ориентация будет достигаться и полностью слепыми с рождения людьми.

В октябре 2016 года компания уже анонсировала первый результат имплантации тридцатилетнему пациенту, который стал различать локализацию отдельных источников света. Хирургия не вызвала никаких осложнений.

Вероятно, такой подход восстановит зрение примерно в такой же степени, как и система Argus-II, или чуть больше. Большинство пациентов отличали свет от тьмы или обрисовывали контуры предметов, некоторые могли читать очень крупные буквы.

Основная проблема в том, что для установки такого имплантата необходима более серьезная операция, чем в случае с Argus-II. Так как имплантат ставится в кору, есть вероятность развития инфекционной патологии и эпилепсии. Такие осложнения при подобных операциях наблюдались в прошлом веке.

Устройство зрительной коры головного мозга более сложное, чем сетчатки. Ученые находятся в самом начале пути понимания того, как зрительная кора обрабатывает сигнал. С другой стороны, известно, что некоторые процессы обработки зрительной информации проходят в сетчатке. Пока непонятно, как это отразится на качестве зрения.

Генетическая терапия

Под генной инженерией следует понимать возможность осмысленно менять генетический код, что будет способствовать улучшению фенотипических проявлений или их возврату к нормальному состоянию. Мы обсудили несколько глазных заболеваний. В одном примере видим, как нехватка гена PAX6 ведет ко множественным нарушениям, в другом – нарушение работы мембран не позволяет меланосомам нормально работать, порождая альбинизм.

Генетическая терапия – это методы лечения, оказывающие влияние на гены, их замещение или устранение недостаточности. Используется при генетических болезнях и разрабатывается для них. Многие болезни, считавшиеся ранее не генетическими, впоследствии признаются таковыми после более глубокого изучения их природы (например, онкологические заболевания). Поэтому сфера потенциального применения генетической терапии будет расширяться. Скорее всего, она найдет применение в борьбе с наследственными заболеваниями, онкологией и некоторыми инфекциями.