Надежда для слепых - даже если до зрительного восприятия еще далеко: нейробиологи и инженеры-электрики из Бременского университета в настоящее время начинают два проекта при финансовой поддержке инициативы Excellence Initiative и Немецкого исследовательского фонда (DFG), чтобы помочь слепым людям получить визуальные впечатления. Проекты «Я-вижу - искусственный глаз» и «ИнАуКа» посвящены тому, как электрические сигналы подаются непосредственно в мозг и там обрабатываются.
Чтобы однажды разработать зрительный протез, необходимо лучше понять мозг и его обработку информации. Новые технологии для медицинских применений могут быть разработаны только на основе знаний, полученных в экспериментах на животных.«В рамках проектов мы сейчас начинаем работать над конкретными системами для пациентов - даже если на создание искусственного глаза наверняка уйдет не менее десяти лет», - говорит профессор Андреас Крайтер, научный сотрудник Центра когнитивных наук (ZKW). в Бременском университете перспективы исследовательской работы. Всего на два междисциплинарных проекта выделено 1,3 миллиона евро.
Специально стимулирует мозг
В мозгу человека информация передается с помощью электрических импульсов. Таким образом, зрительная информация передается от глаз к зрительной коре головного мозга. Это затем создает визуальное восприятие окружающей среды. Если обработка или передача этих сигналов нарушена болезнью или травмой, у пострадавшего могут возникнуть такие проблемы, как слепота. Это серьезно ограничивает качество жизни пострадавших.
Одним из подходов к лечению является подача искусственно генерируемых электрических сигналов в мозг, чтобы соединить поврежденную часть органов чувств или мозга и заменить ее в своей функции. Однако введение сигналов путем прямой электрической стимуляции нервных клеток головного мозга чрезвычайно затруднительно. Основная проблема заключается в том, чтобы выполнить «природную» электрическую стимуляцию, которая «понимается» мозгом. Поэтому нервные клетки должны воспринимать информацию, как если бы это был сигнал, генерируемый настоящими клетками мозга. «Но вы не можете просто бомбардировать мозг электронными сигналами. Только если вы точно понимаете мозг, его можно стимулировать таким образом, чтобы он также принимал и передал сигналы», - объясняет профессор Клаус Павелцик, ученый из Центра когнитивных наук Бременского университета.
Еще одна серьезная проблема заключается в создании имплантата, который может безопасно стимулировать мозг в течение многих лет. Ярким примером этого является кохлеарный имплантат, который позволяет многим людям снова слышать окружающие звуки, если их слух поврежден. Однако в этом конкретном примере электрически стимулируется улитка, а не мозг, что значительно упрощает кормление. «Проблемы, которые нам приходится решать, во много раз сложнее», - говорит профессор Уолтер Ланг из Института микродатчиков, приводов и систем (IMSAS). «И здесь структура Бременского университета с его сильной сетью факультетов доказала свою ценность». В двух утвержденных проектах семь инженеров и ученых из четырех разных институтов Бременского университета работают вместе над поиском решений.
Дополнительная информация о проекте
В рамках творческого блока «Я-вижу - искусственный глаз: хронические беспроводные интерфейсы к зрительной коре» (www.isee.uni-bremen.de), профессора Вальтер Ланг (Институт микродатчиков, приводов и систем), Андреас Крайтер (Институт исследований мозга), Штеффен Пауль (Институт теоретической электротехники и микроэлектроники) и Клаус Павелзик (Институт теоретической физики)) в течение трех лет по основам кортикальных зрительных протезов. Цель состоит в том, чтобы создать контролируемое зрительное восприятие у макак-резусов от простых точек света, генерируемых электрической стимуляцией зрительной коры. В дополнение к этим нейробиологическим исследованиям и теоретическим моделям, необходимым для них, с технической стороны должен быть разработан беспроводной стимулятор, который можно имплантировать под череп. Этот стимулятор также сможет детально измерять пространственно-временную активность на поверхности мозга. Эта информация об активности нейронов важна для создания моделей электрической стимуляции, которые мозг может хорошо обрабатывать.
Второй новый исследовательский проект «InAuKa» с полным названием «Межзональная фазовая когерентность как механизм зависимой от внимания передачи нейронных сигналов: причинно-следственный анализ на основе модели, новый управляющий многоконтактный кремний». электроды для интракортикальной хронической стимуляции и измерения у приматов» посвящена вопросу о том, как информация может быть включена в текущий процесс обработки информации на примере зрительного внимания. Помимо необходимых экспериментов с макаками-резусами и разработки соответствующих сетевых моделей нейронной обработки информации, разрабатываются и тестируются специальные многоконтактные кремниевые электроды. Рабочие группы Андреаса Крайтера, Вальтера Ланга, др. Удо Эрнст (Институт теоретической физики) и Клаус Павелзик.