El ojo biónico es un sistema visual artificial. Prótesis oculares: tipos, características de aplicación y reglas de cuidado.

Ser departamento periférico analizador visual; contiene células fotorreceptoras que proporcionan la percepción y conversión de la radiación electromagnética de la parte visible del espectro en impulsos eléctricos, y también las proporciona procesamiento primario. Anatómicamente, la retina es una membrana delgada adyacente en toda su longitud a adentro A cuerpo vitrioso, y desde el exterior, hasta la coroides del globo ocular. Tiene dos partes de desigual tamaño: la parte visual es la más grande, extendiéndose hasta el cuerpo ciliar, y la parte anterior, que no contiene células fotosensibles, la parte ciega, en la que se distinguen las partes ciliar e iris de la retina, respectivamente, partes de la coroides. parte visual la retina tiene una estructura en capas heterogénea, accesible para estudio solo a nivel microscópico y consta de 10 capas que se extienden profundamente hacia el globo ocular: pigmento, neuroepitelial, membrana limitante externa, capa granular externa, capa del plexo externo, capa granular interna, capa del plexo interno , células nerviosas multipolares, capa de fibras nervio óptico, membrana limitante interna.

La retina en un adulto tiene un tamaño de 22 mm y cubre aproximadamente el 72% del área. superficie interior globo ocular. En la Figura 1 se muestra una fotografía de la retina. La capa de pigmento retiniano (la más externa) está más estrechamente conectada a la coroides que al resto de la retina. En el centro de la retina superficie trasera Se localiza el disco óptico, que a veces se denomina “punto ciego” debido a la ausencia de fotorreceptores en esta parte. Aparece como un área elevada, pálida y de forma ovalada de unos 3 mm². Aquí el nervio óptico se forma a partir de los axones de las células nerviosas de la retina. En la parte central del disco hay una depresión por donde pasan los vasos implicados en el riego sanguíneo de la retina.

Lateral al disco óptico, de aproximadamente 3 mm, hay una mancha (mácula), en cuyo centro hay una depresión, la fóvea central (fóvea), que es la zona de la retina más sensible a la luz y se encuentra responsable de una visión central clara. Esta zona de la retina (fóvea) contiene únicamente conos. Los humanos y otros primates tenemos una fóvea en cada ojo, a diferencia de algunas especies de aves, como los halcones, que tienen dos, y los perros y gatos, que en lugar de una fóvea tienen una franja en la parte central de la retina, llamada raya óptica. La parte central de la retina está representada por la fóvea y un área dentro de un radio de 6 mm desde ella, seguida de la parte periférica, donde a medida que avanzamos disminuye el número de bastones y conos. La capa interior termina con un borde dentado, que no tiene elementos fotosensibles. En toda su longitud, el espesor de la retina es desigual y en su parte más gruesa, en el borde de la cabeza del nervio óptico, no supera los 0,5 mm; el espesor mínimo se observa en la zona de la fosa macular.

2) Estructura microscópica de la retina.

La retina tiene tres capas de células nerviosas dispuestas radialmente y dos capas de sinapsis. Como subproducto de la evolución, las neuronas ganglionares se encuentran en lo profundo de la retina, mientras que las células fotosensibles (bastones y conos) están más alejadas del centro, es decir, la retina es el llamado órgano invertido. Debido a esta posición, la luz, antes de incidir sobre los elementos fotosensibles y provocar proceso fisiológico La fototransducción debe penetrar todas las capas de la retina. Sin embargo, no puede atravesar el epitelio ni la coroides, que son opacos. Al observar la luz azul, los leucocitos que pasan a través de los capilares situados delante de los fotorreceptores se pueden percibir como pequeños puntos brillantes en movimiento. Este fenómeno conocido como fenómeno entópico campo azul(o el fenómeno Shearer). Además de las neuronas fotorreceptoras y ganglionares, la retina también contiene células nerviosas bipolares que, ubicadas entre la primera y la segunda, hacen contacto entre ellas, así como células horizontales y amacrinas, que establecen conexiones horizontales en la retina. Entre la capa de células ganglionares y la capa de bastones y conos hay dos capas de plexos de fibras nerviosas con muchos contactos sinápticos. Estas son la capa plexiforme externa (plexiforme) y la capa plexiforme interna. En el primero, los contactos entre bastones y conos se realizan a través de células bipolares orientadas verticalmente, en el segundo, la señal cambia de neuronas bipolares a neuronas ganglionares, así como a células amacrinas en las direcciones vertical y horizontal.

Así, la capa nuclear externa de la retina contiene los cuerpos de las células fotosensoriales, la capa nuclear interna contiene los cuerpos de las células bipolares, horizontales y amacrinas, y la capa ganglionar contiene células ganglionares, así como un pequeño número de células amacrinas desplazadas. Todas las capas de la retina están atravesadas por radial. células gliales Müller.

La membrana limitante externa se forma a partir de complejos sinápticos ubicados entre el fotorreceptor y las capas ganglionares externas. La capa de fibras nerviosas se forma a partir de los axones de las células ganglionares. La membrana limitante interna se forma a partir de las membranas basales de las células de Müller, así como de las terminaciones de sus procesos. Los axones de las células ganglionares, desprovistos de las vainas de Schwann, alcanzan el borde interno de la retina, giran en ángulo recto y se dirigen al lugar de formación del nervio óptico. Cada retina humana contiene entre 6 y 7 millones de conos y entre 110 y 125 millones de bastones. Estas células sensibles a la luz están distribuidas de manera desigual. La parte central de la retina contiene más conos, la parte periférica contiene más bastones. En la parte central de la mancha en la región de la fóvea, los conos tienen dimensiones mínimas y están ordenados en mosaico en forma de estructuras hexagonales compactas.

Veamos la estructura de la retina con más detalle. Una capa de pigmento se encuentra adyacente a la coroides a lo largo de toda su superficie interna. células epiteliales. Delante de la capa de pigmento, adyacente a ella, se encuentra la membrana más interna del ojo: retina, o retina. Realiza la función principal del ojo: percibe la imagen del mundo exterior formada por la óptica del ojo y la convierte en excitación nerviosa y lo envía al cerebro. La estructura de la retina es extremadamente compleja. Por lo general, contiene diez capas. La Figura 2a muestra un diagrama de una sección transversal de la retina y la Figura 2b muestra un fragmento ampliado de la retina que indica la ubicación relativa de los principales tipos de células. En la capa exterior 1 , directamente adyacente a la coroides, hay células pintadas con pigmento negro. Luego vienen los elementos básicos de la percepción visual. 2 , llamado por apariencia conos y bastones. Capas 3 – 5 Corresponden a fibras nerviosas que se conectan a conos y bastones. Detrás de estas capas se encuentran las llamadas capas granulares, también conectadas por fibras nerviosas. Capa 8 - estas son células ganglionares, cada una de las cuales está conectada a fibras nerviosas ubicadas en la capa 9 . Capa 10 – carcasa limitadora interna. Cada fibra nerviosa termina en un cono o en un grupo de bastones. La segunda capa, donde se encuentran los bastones y los conos, sirve como capa fotosensible. Numero total Hay aproximadamente 140 millones de bastones y conos en la retina de un ojo, de los cuales alrededor de 7 millones son conos.

La distribución de conos y bastones en la retina no es uniforme. En el lugar de la retina a través del cual pasa la línea visual del ojo, solo hay conos. Esta sección de la retina, algo hundida, con un diámetro de aproximadamente 0,4 mm, lo que corresponde a un ángulo de 1,2°, se llama fóvea central - fovea centralis (lat.) - abreviada como foveola o fóvea. En la fóvea central solo hay conos, su número aquí alcanza de 4 a 5 mil. La fóveola está ubicada en el medio de una sección ovalada de la retina ubicada horizontalmente que mide de 1,4 a 2 mm (que corresponde a dimensiones angulares iguales a 5 -). 7°), conocido como mancha macular o mácula (mácula - "mancha" en latín), esta mancha contiene un pigmento que le da el color apropiado, y además de los conos, también hay bastones, pero aquí el número de conos excede significativamente el número de bastones.

La mácula (según la nueva clasificación, "mancha retiniana") y especialmente su receso, la fóvea, son el área de visión más clara. Esta zona proporciona una alta agudeza visual: aquí parte una fibra separada de cada cono hacia el nervio óptico; en la parte periférica de la retina, una fibra óptica se conecta a varios elementos (conos y bastones).

Hay una zona de la retina que está completamente desprovista de conos y bastones y, por tanto, es insensible a la luz. Este es el lugar de la retina por donde sale del ojo el tronco del nervio óptico que va al cerebro. Esta zona redonda de la retina en la parte inferior del ojo, de aproximadamente 1,5 mm de diámetro, se llama disco óptico. De este modo se puede detectar un punto ciego en su campo de visión.

2a) Los conos y los bastones se diferencian en sus funciones: los bastones son más fotosensibles, pero no distinguen los colores, los conos distinguen los colores, pero son menos sensibles a la luz. Los objetos coloreados con poca luz, cuando todo el proceso visual se lleva a cabo con varillas, difieren solo en el brillo, pero el color de los objetos en estas condiciones no se siente. Los bastones contienen una sustancia especial que se descompone bajo la influencia de la luz: el violeta visual o rodopsina. Los conos contienen un pigmento visual llamado yodopsina. Descomposición del violeta visual y pigmento visual Bajo la influencia de la luz se produce una reacción fotoquímica, como resultado de lo cual aparece una diferencia de potencial eléctrico en las fibras nerviosas. La estimulación luminosa en forma de impulsos nerviosos se transmite desde el ojo al cerebro, donde la percibimos en forma de luz.

2 b) En la última capa de la retina, adyacente a la coroides, se encuentra un pigmento negro en forma de granos individuales. La existencia del pigmento tiene gran importancia adaptar el ojo para trabajar en diferentes niveles de iluminación, así como reducir la dispersión de la luz dentro del ojo.

3) En el Reino Unido se creó un ojo artificial que se implantó en el cuerpo humano. Antes de la operación estaba completamente ciego, pero ahora puede moverse de forma independiente y distinguir objetos simples. Se coloca una pequeña placa de metal con 60 electrodos en la retina, en la parte posterior del ojo. Una cámara de vídeo en miniatura montada sobre gafas especiales dirige imágenes a un transductor y transmite señales a electrodos que, a su vez, están conectados al nervio óptico, que transmite información visual en forma de impulsos eléctricos al cerebro. Los pacientes deben llevar un pequeño dispositivo en el cinturón para alimentar la cámara y procesar las imágenes. El sistema no recrea visión natural, pero permite ver, aunque con muy baja resolución. Así, todo el sistema incluye un implante y un transmisor de señal de vídeo externo que está integrado en la montura de las gafas. El sistema convierte imágenes visuales en señales de estimulación interpretables. A continuación, las células nerviosas se estimulan según la señal recibida de forma inalámbrica. Las células se estimulan mediante electrodos tridimensionales especiales ubicados en la retina del ojo y con forma de uñas diminutas. En este caso, los electrodos están ubicados, como se desprende de la figura, delante de la retina, es decir, están en contacto con la capa limitante interna de la retina, detrás de la cual se ubican. fibras nerviosas, las células nerviosas son estimuladas directamente por el electrodo, se envía una señal al nervio óptico y luego al cerebro.

De este ejemplo se deduce que se pueden colocar electrodos delante de la retina, haciendo contacto con la capa limitante interna de la retina, detrás de la cual se encuentran las fibras nerviosas. Otra posible forma teórica de implantar un electrodo, pero más irrazonablemente compleja, es colocarlo junto a la capa de elementos de percepción visual: conos y bastones (en el interior), porque junto a esta capa en el interior hay fibras nerviosas ( Las capas 3-5 en la Fig. 2a), que pueden ser estimuladas por un electrodo, transmiten una señal al nervio óptico, que transmite información visual en forma de impulsos eléctricos al cerebro.

4) Degeneración macular- una enfermedad en la que se ve afectada la retina del ojo y se altera la visión central. La degeneración macular se basa en la patología vascular y la isquemia (desnutrición) de la zona central de la retina, responsable de la visión central. Hay dos tipos de degeneración macular: seca y húmeda. La mayoría de los pacientes (alrededor del 90%) padecen una forma seca de esta enfermedad, en la que se forma y acumula una capa amarillenta que afecta posteriormente efectos dañinos a los fotorreceptores en la mácula de la retina. La degeneración macular seca se desarrolla primero en un solo ojo. Mucho más peligrosa es la DMAE húmeda, en la que comienzan a crecer otras nuevas detrás de la retina. vasos sanguineos en dirección a la mácula. La degeneración macular húmeda progresa mucho más rápido que la degeneración macular seca y casi siempre ocurre en personas que ya padecen degeneración macular seca.

Distrofia pigmentaria se refiere a distrofias periféricas retina y usa carácter hereditario. Esta es la más común de las enfermedades hereditarias de la retina. Con este tipo de distrofia, las células de la retina se dañan. Al principio, los bastones se ven afectados, luego, gradualmente, los conos se involucran en el proceso. Ambos ojos están afectados. La primera queja de los pacientes es la alteración de la visión crepuscular ( ceguera nocturna). Los pacientes están mal orientados en la oscuridad y cuando mala iluminación. Posteriormente, el campo de visión se estrecha gradualmente. La enfermedad puede comenzar en infancia, pero a veces los primeros signos aparecen sólo en la segunda mitad de la vida. En el fondo de ojo durante varios años, después de la aparición de molestias, puede aparecer una imagen normal. Luego aparecen depósitos de pigmento. marron oscuro. Estos depósitos a veces se denominan "cuerpos óseos". Poco a poco, el número de "cuerpos óseos" aumenta, su tamaño aumenta, las lesiones se fusionan y se extienden por la retina y se acercan al centro del fondo de ojo. A medida que avanza el proceso, los campos de visión se vuelven cada vez más estrechos, visión crepuscular empeorando. Los vasos se estrechan gradualmente, el disco óptico palidece y se produce atrofia del nervio óptico. Pueden desarrollarse cataratas y desprendimiento de retina. La visión disminuye gradualmente y entre los 40 y 60 años se produce ceguera.

Distrofias tapetorretinianas(sinónimo: degeneraciones taperetinianas, abiotrofias taperetinianas) - enfermedades hereditarias de la retina, característica común cual es cambio patológico su epitelio pigmentario. Las distrofias tapetorretinianas se caracterizan por una disminución progresiva de función visual hasta la ceguera. Con esta enfermedad (degeneración tapetorretiniana, abiotrofia taperetinal), por regla general, ambos ojos se ven afectados. El primer síntoma de la distrofia de retina es una disminución de la visión en la oscuridad (hemeralopía), luego aparecen defectos del campo visual, disminuye la agudeza visual y cambia el fondo del ojo.

5) El significado de un ojo artificial es que la información se detecta mediante una cámara de video en miniatura, luego las imágenes se envían a un transductor y se transmiten a electrodos que, a su vez, están conectados al nervio óptico, que transmite información visual en forma de impulsos eléctricos al cerebro. En principio, no es necesario colocar el electrodo específicamente en la retina. Es sólo que esto es probablemente lo más manera conveniente. En general, lo principal es que el electrodo se coloque al lado del nervio óptico, ya que es el nervio óptico el que transmite la información visual al cerebro. Puedes colocar el electrodo en cualquier lugar cerca del nervio óptico, o en el tracto óptico, en el cerebro, puedes colocar el electrodo en el cuerpo geniculado lateral (aunque en este caso solo la mitad de la imagen llegará a la corteza visual si usas uno). electrodo, porque Hay dos cuerpos geniculados externos en el cerebro, pero este problema se puede resolver usando dos electrodos). Además, es posible colocar el electrodo en nervio auditivo(pero esto no se puede hacer sin una intervención quirúrgica en el cerebro).

6) a) Si el nervio óptico está dañado, la información visual no podrá transmitirse completamente, y quizás ni siquiera correctamente, al cerebro. Sin embargo, los daños y enfermedades de los nervios ópticos son variados. Muchos de ellos conducen a pérdida parcial visión (deterioro de la visión). Por lo tanto, se puede suponer que el funcionamiento de un ojo artificial será posible, al menos en una medida mínima.

b) cuando ausencia total ojos, en presencia de un nervio óptico sano, es posible el pleno funcionamiento del ojo artificial. Incluso en ausencia de un ojo, se puede colocar un electrodo cerca del nervio óptico, transmitiéndole una señal, y luego la señal se transmite al cerebro.

c) sólo conociendo la ubicación del daño en la corteza visual se puede predecir cuál será la pérdida de visión. Pero lo que no se puede predecir es la reacción del paciente: es posible que él mismo no note esta pérdida. Incluso sucede que niega el hecho. ceguera total, que ocurrió después de la destrucción bilateral de las áreas visuales. Como resultado, parece que la pérdida de estas áreas también significa la pérdida de la memoria visual. Este hecho inesperado muestra que todavía no comprendemos verdaderamente los procesos de la visión. También hay lugares en el cerebro cuyo daño local puede privar a una persona de la capacidad de reconocer objetos, distinguir colores, rostros, etc. Esta condición se llama ceguera mental (Seelenblindheit). Además, dicho daño puede provocar la pérdida de uno de los hemicampos visuales o la pérdida de sensibilidad en cualquier parte del cuerpo. En general, podemos decir que en caso de daño a la corteza visual del cerebro, el funcionamiento de un ojo artificial será parcialmente posible. Tenga en cuenta que es posible Intervención quirúrgica en el cerebro, lo que lleva a restauración completa funcionamiento del ojo artificial.

Las áreas sensoriales del cerebro no están directamente conectadas entre sí en la corteza, sino que interactúan únicamente con áreas asociativas. Se puede suponer que la redirección de la información somatosensorial en los ciegos a la corteza visual y de la información visual en los sordos a la corteza auditiva se produce con la participación de estructuras subcorticales. Esta reorientación parece económica. Al transmitir información desde un órgano sensorial al área sensorial de la corteza, la señal cambia varias veces de una neurona a otra en las formaciones subcorticales del cerebro. Uno de estos interruptores ocurre en el tálamo ( tálamo) diencéfalo. Los puntos de conmutación de las vías nerviosas de diferentes órganos sensoriales están muy adyacentes (Fig. 3, izquierda). Si algún órgano sensorial (o la vía nerviosa que sale de él) está dañado, su punto de conmutación está ocupado. vías nerviosas otro órgano sensorial. Por lo tanto, las áreas sensoriales de la corteza, que están aisladas de las fuentes normales de información, participan en el trabajo redirigiendo otra información hacia ellas. Pero ¿qué ocurre entonces con las propias neuronas de la corteza sensorial, que procesan información que les es ajena?

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.) Jitendra Sharma, Alessandra Angelucci y Mriganka Sur tomaron hurones de un día y les dieron cirugía: ambos nervios ópticos estaban conectados a las vías talamocorticales que conducen a la corteza sensorial auditiva (Fig. 3). El objetivo del experimento era descubrir si la corteza auditiva se transforma estructural y funcionalmente cuando se le transmite información visual. (Recordemos una vez más que cada tipo de corteza se caracteriza por una arquitectura neuronal especial). Y, de hecho, sucedió esto: ¡la corteza auditiva se volvió morfológica y funcionalmente similar a la visual!

7) Para la fabricación de electrodos estimulantes se deben utilizar nanomateriales a base de metales, principalmente inofensivos para el cuerpo humano. Pueden ser electrodos a base de titanio, oro, plata o platino. Sus principales ventajas son la inocuidad para el cuerpo humano y su tamaño miniatura. Sus desventajas incluyen su carácter extraño al cuerpo humano y, como consecuencia, la posibilidad de rechazo cuando se introducen en el cuerpo. Además, los metales pueden oxidarse en el cuerpo a cationes, que son perfectamente solubles en la sangre y se distribuyen por todo el cuerpo humano. Y finalmente, uno de los problemas más importantes está asociado a la introducción de nanomateriales en el organismo. Se sabe que las nanopartículas son de tamaño tan pequeño que pueden penetrar espontáneamente en las células, por ejemplo, los glóbulos rojos y las neuronas, provocando una alteración de su funcionamiento y, en consecuencia, de todo el órgano (o tejido).

8) La resolución de las muestras de ojos artificiales existentes actualmente es de unos 256 píxeles. Está determinado, en primer lugar, por el tamaño de la matriz de la cámara de vídeo (ver más abajo). El ojo humano, si comparamos la imagen resultante con la de los dispositivos digitales, ve una imagen de 100 megapíxeles, lo que, por supuesto, no es posible en esta etapa del desarrollo tecnológico.

9) El ojo humano, si comparamos la imagen resultante con los dispositivos digitales, ve una imagen de 100 megapíxeles; esto parece ser un límite para el nervio óptico humano, que transmite información visual al cerebro en forma de impulsos eléctricos. Naturalmente, en esta etapa del desarrollo tecnológico, tal resolución de un ojo artificial no es posible. Está claro que la resolución del ojo artificial está determinada por la resolución de la matriz de la cámara de vídeo, que depende de su tamaño. El tamaño de la matriz, a su vez, afecta el tamaño y el peso de la propia cámara de vídeo (el tamaño de la parte óptica depende linealmente del tamaño de la matriz).

El tamaño de la matriz de la cámara afecta la cantidad de ruido digital transmitido junto con la señal principal a los elementos fotosensibles de la matriz. El tamaño físico de la matriz y el tamaño de cada píxel individualmente afectan significativamente la cantidad de ruido. Cuanto más tamaño físico matriz de la cámara, mayor será su área y más luz recibirá, como resultado de lo cual la señal útil de la matriz será más fuerte y la relación señal-ruido será mejor. Esto le permite volverse más brillante, imagen de alta calidad con colores naturales. Además, como ya se escribió anteriormente, la matriz de la cámara talla pequeña(el tamaño mínimo de la matriz es 3,4 mm x 4,5 mm) debido a la pequeña cantidad de luz que incide sobre ella, tiene una señal útil débil, por lo que hay que amplificarla con más fuerza y, junto con la señal útil, también aparece el ruido. aumenta, lo que se vuelve más notorio. Dado que el tamaño físico de la matriz está directamente relacionado con la cantidad de luz que incide sobre la matriz, cuanto más grande sea la matriz, mejores serán las fotografías en condiciones de poca luz. Sin embargo, un aumento en el tamaño de la matriz implicará inevitablemente un aumento en el tamaño y el costo de la cámara. La matriz de una cámara de video digital tiene varias características importantes:

tamaño La matriz está estrechamente relacionada con su sensibilidad. Cuanto más grande sea la matriz, más elementos sensibles se pueden ubicar en ella y, en consecuencia, mayor será la sensibilidad.

sensibilidad– la capacidad de la matriz para percibir objetos cuando diferentes condiciones Encendiendo. Se mide en lux y suele oscilar entre 0 y 15 lux. Cuanto menor sea el valor de sensibilidad, menos luz necesitará la cámara de vídeo para funcionar. Por ejemplo, con una sensibilidad de 0 lux puedes disparar en casi completa oscuridad.

número de píxeles(permiso) - cantidad requerida píxeles depende únicamente del sistema de televisión: PAL o NTSC. Se sabe que el número máximo de píxeles necesarios para disparar es de unos 415.000 si la cámara de vídeo admite más. una alta resolución, esto significa que los píxeles restantes se utilizan para operar el estabilizador de imagen electrónico.

En vista de todos estos parámetros que afectan la resolución de la matriz, se puede suponer que La resolución teóricamente alcanzable de un ojo artificial con una matriz (por ejemplo, CCD) de al menos 4 mm x 4 mm es de unos 10 megapíxeles. Actualmente ya se han creado cámaras de vídeo con parámetros similares. Tenga en cuenta que una cámara de vídeo con una matriz CCD de alta resolución no necesariamente grabará vídeos de alta calidad. El sensor procesa lo que proyecta la lente. Instalar un CCD grande con un diámetro de lente pequeño, en principio, no tiene sentido. Si la imagen obtenida a través de una lente pequeña se estira sobre una matriz grande, no se puede evitar la distorsión óptica.

10) Al utilizar un ojo artificial, pueden surgir problemas, en primer lugar, similares a los que surgen al utilizar una cámara de vídeo normal:

Necesitará limpiar la lente de su videocámara y no será una tarea fácil dado su tamaño. Además, esto creará grandes molestias e incomodidades para la persona que tenga el ojo artificial.

Se sabe que la óptica funciona en un rango de temperatura limitado; al salir de este rango se producen fallas. Además, cuando cambia la temperatura, la lente se empaña, lo que nuevamente genera inconvenientes (ver punto 1)

Se sabe que una cámara de vídeo falla cuando se expone a una alta humedad; los mismos problemas pueden surgir cuando se utiliza un ojo artificial. Una persona puede simplemente quedar atrapada bajo la lluvia y esto provocará que la cámara falle. Naturalmente, una persona con un ojo artificial tendrá dificultades para ducharse, lavarse la cara y mucho menos nadar en la piscina. Estos problemas, por supuesto, se pueden resolver creando una funda impermeable para la cámara, pero esto requiere estudio separado teniendo en cuenta el tamaño de la cámara y la comodidad para la persona.

Además, la cámara de vídeo es resistente a los golpes.

La imposibilidad de trabajar con poca iluminación o de noche sin el uso de equipos especiales (aunque hay uno gran ventaja ojo artificial antes que el natural: se puede utilizar una cámara de vídeo que funcione en la región infrarroja. Recibirás una especie de dispositivo de visión nocturna)

Cuando una persona camina, la cámara tiembla, lo que provocará el deterioro de la imagen. Este problema se puede solucionar utilizando estabilizadores de imagen, pero esto requiere un estudio aparte teniendo en cuenta el tamaño de la cámara y la comodidad humana.

En segundo lugar, todo el mecanismo de acción del ojo artificial descrito, incluida la cámara de vídeo, debe disponer de batería. Y requiere recarga periódica. Está claro que esto crea restricciones de uso e inconvenientes para los humanos. Finalmente, puede haber problemas para controlar la cámara de video, ya que cuando una persona está durmiendo, la cámara debe estar apagada. Y es necesario crear un dispositivo que pueda obedecer fácilmente a una persona, por ejemplo, apagarlo o encenderlo según su voz.

11) Ventajas de un ojo artificial respecto al ojo humano:

Puede utilizar una cámara de vídeo infrarroja. El resultado será una especie de dispositivo de visión nocturna.

Es posible registrar la información que vio una persona.

Puedes usar la videocámara para ver películas.

Desventajas del ojo artificial respecto al ojo humano:

Menor resolución y por lo tanto menor calidad de imagen.

Restricciones en el rango de temperatura en el que opera el ojo.

inestabilidad a la humedad (sin el uso de cubiertas protectoras especiales)

inestabilidad al shock

falta de “visión lateral”

Ojo biónico: ¿qué es? Ésta es exactamente la pregunta que surge entre las personas que se topan con este término por primera vez. En este artículo te responderemos detalladamente. Entonces empecemos.

Definición

Un ojo biónico es un dispositivo que permite a las personas ciegas distinguir varios objetos visuales y compensar en cierta medida la falta de visión. Los cirujanos lo implantan en el ojo dañado como una prótesis de retina. Así, complementan las neuronas intactas conservadas en la retina con fotorreceptores artificiales.

Principio de operación

El ojo biónico consta de una matriz polimérica equipada con fotodiodos. Detecta incluso los impulsos eléctricos débiles y los transmite a las células nerviosas. Es decir, las señales se convierten en forma eléctrica y afectan a las neuronas que se conservan en la retina. La matriz polimérica tiene alternativas: un sensor de infrarrojos, una cámara de video, gafas especiales. Los dispositivos enumerados pueden restaurar la función de la visión central y periférica.

La cámara de vídeo integrada en las gafas graba la imagen y la envía al procesador convertidor. Y él, a su vez, convierte la señal y la envía al receptor y al fotosensor, que se implanta en la retina del ojo del paciente. Y sólo entonces los impulsos eléctricos se transmiten al cerebro del paciente a través del nervio óptico.

Detalles de la percepción de imágenes.

A lo largo de los años de investigación, el ojo biónico ha sufrido muchos cambios y mejoras. En los primeros modelos, la imagen se transmitía desde una cámara de vídeo directamente al ojo del paciente. La señal se registró en la matriz del fotosensor y se recibió a través de células nerviosas en el cerebro. Pero hubo un inconveniente en este proceso: la diferencia en la percepción de la imagen por parte de la cámara y globo ocular. Es decir, no funcionaron de forma sincrónica.

Otro enfoque fue el siguiente: primero, la información del vídeo se envió a una computadora, que la convirtió imagen visible en pulsos infrarrojos. Se reflejaban en las lentes de las gafas y entraban en la retina a través de fotosensores a través de la lente. Naturalmente, el paciente no puede ver los rayos IR. Pero su efecto es similar al proceso de obtención de una imagen. En otras palabras, delante de una persona con ojos biónicos se forma un espacio perceptible. Y sucede así: la imagen recibida de los fotorreceptores activos del ojo se superpone a la imagen de la cámara y se proyecta en la retina.

Nuevos estándares

De año en año tecnologías biomédicas se están desarrollando a pasos agigantados. EN este momento van a implementar nuevo estándar para sistema de visión artificial. Se trata de una matriz, cada lado de la cual contendrá 500 fotocélulas (hace 9 años solo había 16). Aunque, si hacemos una analogía con por el ojo humano, que contiene 120 millones de bastones y 7 millones de conos, queda claro el potencial para un mayor crecimiento. Vale la pena señalar que la información se transmite al cerebro a través de millones de terminaciones nerviosas, y luego la retina los procesa de forma independiente.

Argos II

Este ojo biónico fue diseñado y fabricado en EE. UU. por Clairvoyance. 130 pacientes con retinitis pigmentosa aprovecharon sus capacidades. Argus II consta de dos partes: una minicámara de vídeo integrada en las gafas y un implante. Todos los objetos del mundo circundante se graban en una cámara y se transmiten al implante de forma inalámbrica a través de un procesador. Bueno, el implante, mediante electrodos, activa las células retinianas existentes en el paciente, enviando información directamente al nervio óptico.

Los usuarios del ojo biónico pueden distinguir claramente entre líneas horizontales y verticales en una semana. En el futuro, la calidad de la visión a través de este dispositivo solo aumentará. Argus II cuesta £ 150.000. Sin embargo, la investigación no se detiene, ya que los desarrolladores reciben diversas subvenciones en efectivo. Naturalmente, los ojos artificiales son todavía bastante imperfectos. Pero los científicos están haciendo todo lo posible para mejorar la calidad de la imagen transmitida.

Ojo biónico en Rusia

El primer paciente al que se le implantó el dispositivo en nuestro país fue Alexander Ulyanov, de 59 años, residente de Chelyabinsk. La operación duró 6 horas. Centro científico y clínico. otorrinolaringología FMBA. Los mejores oftalmólogos del país siguieron el período de rehabilitación del paciente. Durante este tiempo, se enviaban regularmente impulsos eléctricos al chip instalado por Ulyanov y se monitoreaba la reacción. Alejandro mostró excelentes resultados.

Por supuesto, no distingue colores y no percibe los numerosos objetos disponibles. ojo sano. El mundo Ulyanov ve borroso y en blanco y negro. Pero esto es suficiente para que él sea absolutamente feliz. Después de todo, durante los últimos 20 años el hombre era generalmente ciego. Y ahora su vida ha cambiado por completo gracias al ojo biónico instalado. El costo de la operación en Rusia es de 150 mil rublos. Bueno, más el precio del ojo en sí, que se indicó anteriormente. Por ahora, el dispositivo se produce sólo en Estados Unidos, pero con el tiempo deberían aparecer análogos en Rusia.

En nuestro artículo de hoy:

Nueva tecnología llamado biónico permitió a los pacientes con retinitis pigmentosa restaurar una parte de sus campos visuales. Esto hizo posible que las personas distinguieran objetos e incluso leyeran títulos de texto, pero todavía no podían moverse tranquilamente por la calle.

Los científicos de la Universidad de California están trabajando para mejorar esta tecnología, que permite que células específicas de la retina conviertan la luz en actividad eléctrica. El estudio fue publicado en la revista Neuron.

La retina consta de varias capas de células. La primera capa contiene fotorreceptores que detectan la luz y la convierten en señales eléctricas. La retinitis pigmentosa produce una disminución de la función de estas células.

Se están desarrollando varios tipos de prótesis de retina. Argus II es el más famoso de estos dispositivos. En Estados Unidos, fue aprobado para el tratamiento de la retinitis pigmentosa en 2013. Consiste en una cámara montada en la montura de las gafas que transmite señales de radio a una red de electrodos implantados en la retina. Los electrodos estimulan las células ganglionares de la retina y muestran a la persona lo que está captando la cámara.

“Este es un tremendo éxito en el tratamiento y una nueva oportunidad para los pacientes con retinitis pigmentosa. Por otro lado, la visión biónica todavía está lejos de ser natural”, explica el profesor E.J. chichilnisky

Las tecnologías actuales carecen de especificidad o fidelidad. Aunque la mayor parte del procesamiento visual ocurre en el cerebro, parte de él lo llevan a cabo las células ganglionares de la retina, de las cuales hay entre 1 y 1,5 millones de células en cada ojo. La visión natural, que nos permite obtener información más detallada sobre la forma, el color, la profundidad y el movimiento, requiere la activación de determinadas células de la retina en momento justo tiempo.

Los científicos centraron sus esfuerzos en un tipo de célula ganglionar de la retina llamada células paraguas. Estas células son muy importantes para detectar movimiento, su dirección y velocidad en una escena visual. Cuando un objeto en movimiento atraviesa el espacio visual, las células disparan ondas a través de la retina.

Los investigadores colocaron una red de 61 electrodos en áreas de la retina y comenzaron a estimularla con pulsos de corriente. Esto les permitió distinguir las células "paraguas", que tienen respuestas diferentes, de otras células ganglionares de la retina. Además, los científicos determinaron cuánta estimulación se necesitaba para activar cada célula. A continuación, los investigadores registraron las respuestas del pulso para una imagen deslizante simple: una franja blanca que atraviesa un fondo gris. Finalmente, pudieron reproducir las mismas ondas de actividad que producen las células paraguas durante las imágenes en movimiento.

“Se necesita mucho trabajo antes de desarrollar un dispositivo terminado que pueda proporcionar a una persona ciega una visión de alta calidad. Si podemos superar los numerosos obstáculos técnicos, podremos comunicarnos con sistema nervioso sobre su lengua materna y restaurar la función ocular normal”, añadió Chichilnisky.

El cuerpo humano es muy vulnerable. Hasta hace poco, si algún órgano resultaba dañado, no era posible reemplazarlo y la persona quedaba lisiada, recibiendo a menudo prótesis muy incómodas y poco funcionales. Pero hoy en día los investigadores han logrado resultados significativos en el campo de las prótesis de órganos humanos. Hemos recopilado los últimos 10 desarrollos científicos, que permitirá en un futuro próximo sustituir las piezas de la carrocería dañadas.

La piel, que recubre y protege todo el cuerpo humano, es el órgano que se daña más fácilmente. Los científicos de Stanford han desarrollado un material súper flexible, súper resistente y súper sensible que podría convertirse en la base de la futura piel sintética. La gente ha intentado desarrollar cuero sintético antes, pero nuevo material Tiene una sensibilidad sensorial mucho mayor. Contiene transistores orgánicos y una capa de material elástico que le permite estirarse sin sufrir daños. Y es autoalimentado: la piel contiene una serie de paneles solares elásticos.

2. Un corazón que late creado en una placa de Petri.

Los científicos han explorado durante mucho tiempo el potencial de las células madre para hacer crecer corazones, y recientemente lograron un gran avance este año al crear un corazón en una placa de Petri que podría latir por sí solo. Al cabo de 20 días, el nuevo corazón latía a un ritmo de 40 a 50 latidos por minuto. Todavía es demasiado débil para bombear sangre, pero un tejido como este tiene un gran potencial.

3. Manos protésicas que perciben el tacto

Las manos protésicas actuales ciertamente pueden agarrar cosas, pero carecen de una de las habilidades más importantes de una mano humana real: el sentido del tacto. Las personas con prótesis no pueden sentir cuando están en contacto con un objeto sin mirarlo directamente. Grupo de investigacion de la Universidad de Chicago resolvió este problema creando manos que envían señales eléctricas al cerebro. Los científicos realizaron experimentos con monos y estudiaron cómo responde su cerebro al tacto.

Si bien las piernas biónicas son, por supuesto, una gran ayuda para los amputados, tienen un gran inconveniente: no hay una conexión real entre los nervios y el cuerpo. Pero el año pasado, Zach Water, residente de Seattle, recibió las primeras extremidades del mundo controladas por el poder del pensamiento, gracias a que reciben señales directamente de su cerebro. Para optimizar estas piernas artificiales, la empresa fabricante las va a hacer aún más delgadas y ligeras.

5. Cerebro humano en miniatura

La muerte cerebral es fatal. Quizás algún día una persona pueda trasplantar nuevo cerebro en el cráneo, pero vale la pena recordar que no se trata de un órgano cualquiera. Contiene todos los pensamientos y recuerdos, por lo que la idea de crear cerebros artificiales puede parecer absurda. Pero esto no detuvo a los científicos que cultivaron uno real a partir de células madre. cerebro humano en el laboratorio. Él, sin embargo, todavía tiene el tamaño de un guisante y no puede pensar.

Ya existe tecnología que puede restaurar artificialmente la audición, pero los implantes internos no afectan la parte visible del oído. Las orejas artificiales comunes parecían juguetes de plástico. Pero este año a los investigadores se les ocurrió Nuevo método, que proporciona la capacidad de desarrollar orejas flexibles y realistas a partir de células vivas. Estas células se toman de ratas y vacas y se les da forma de gel. Luego, este gel se utiliza para crear un oído artificial utilizando una impresora 3D en menos de una hora.

7. Una nariz que puede oler la enfermedad.

Investigadores de la Universidad de Illinois decidieron crear un dispositivo que identifica sustancias químicas por el olfato, pero no estaban satisfechos con la sensibilidad de la nariz humana. En cambio, crearon nariz artificial, que utiliza el olor de las bacterias para identificar y diagnosticar enfermedades específicas.

8. Páncreas artificial

El páncreas produce la hormona insulina que, si no está presente en el organismo, debe administrarse manualmente. Los diabéticos controlan constantemente sus niveles de azúcar en sangre y luego se administran insulina cuando es necesario. El páncreas artificial, sin embargo, podrá inyectar insulina en el cuerpo de forma automática. Controla y regula tus niveles de azúcar en sangre en todo momento.

Desde hace mucho tiempo se puede devolver la audición a los sordos, pero devolver la visión a los ciegos es aún mucho más difícil. problema complejo. Cuando las personas pierden la visión, su retina ya no envía señales desde los fotorreceptores al cerebro. Para crear un ojo artificial, primero debemos entender cómo la retina procesa estas señales, algo que los científicos no han podido lograr hasta hace poco. Los científicos del Weill Cornell Medical College pudieron hacer esto mediante al menos con ratones y monos, creando una retina artificial cuyos chips convierten imágenes en señales electrónicas.

10. Dedos y gigabytes de información

Cuando el programador finlandés Jerry Jalava estuvo involucrado en un accidente de motocicleta en 2008, perdió un dedo. Motociclista encontrado salida inusual de la situación - creó una prótesis de dedo en la que se pueden grabar dos gigabytes de información digital. Ahora puede simplemente insertar la inusual prótesis en un conector USB. En el futuro, Jalawa planea actualizar su invento agregando soporte para comunicaciones inalámbricas. También quiere agregar más memoria.

EN Últimamente los desarrolladores se volvieron hacia las personas con discapacidades, ofrecimiento .