Περίληψη άρθρου:

Διάφοροι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένης της Neuralink του Elon Musk, εργάζονται πάνω σε συσκευές που παρέχουν στοιχειώδη όραση σε τυφλά άτομα. Ο Brian Bussard, ο πρώτος συμμετέχων σε μια μελέτη, διαθέτει 25 τσιπ εγκεφάλου που του επιτρέπουν να βλέπει βασικά σχήματα και αντικείμενα. Τα εμφυτεύματα διεγείρουν τον οπτικό φλοιό με ηλεκτρόδια, δημιουργώντας φωσφένια που μοιάζουν με κουκκίδες φωτός. Οι προκλήσεις περιλαμβάνουν τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας και της τοποθέτησης των ηλεκτροδίων, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις παρενέργειες. Στόχος των ερευνητών είναι να ενισχύσουν την ανεξαρτησία και την κινητικότητα των τυφλών ατόμων μέσω της τεχνολογίας τεχνητής όρασης. Ο Musk οραματίζεται την υπέρβαση των δυνατοτήτων της φυσιολογικής ανθρώπινης όρασης με την τεχνολογία της Neuralink. Ο Brian Bussard συμμετέχει στη δοκιμή για τις μελλοντικές γενιές.

Κύρια σημεία του άρθρου:

• Οι ερευνητές αναπτύσσουν συσκευές όπως το Blindsight της Neuralink για τυφλά άτομα που παρέχουν τεχνητή όραση στέλνοντας σήματα απευθείας στον εγκέφαλο.
• Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν εμφυτευμένα ηλεκτρόδια για να διεγείρουν τους νευρώνες στον οπτικό φλοιό, δημιουργώντας οπτικές αντιλήψεις που ονομάζονται φωσφέντες.
• Προκλήσεις όπως η παραγωγή λεπτομερών εικόνων και η αποφυγή παρενεργειών όπως οι επιληπτικές κρίσεις παραμένουν με αυτά τα συστήματα.
• Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για τη βελτιστοποίηση αυτών των συσκευών για μακροζωία και αποτελεσματικότητα στην αποκατάσταση της όρασης.
• Το άτομο συμμετέχει σε μια δοκιμή όχι για προσωπικούς λόγους αλλά για να ωφελήσει τις μελλοντικές γενιές.

Αναλυτικά το άρθρο:

Η Neuralink του Elon Musk και άλλοι αναπτύσσουν συσκευές που θα μπορούσαν να παρέχουν σε τυφλούς ανθρώπους μια ακατέργαστη αίσθηση της όρασης.

Ο BRIAN BUSSARD ΕΧΕΙ 25 μικροσκοπικά τσιπ στον εγκέφαλό του.

Εγκαταστάθηκαν τον Φεβρουάριο του 2022 στο πλαίσιο μιας μελέτης που δοκιμάζει μια ασύρματη συσκευή σχεδιασμένη να παράγει στοιχειώδη όραση σε τυφλούς ανθρώπους. Ο Bussard είναι ο πρώτος συμμετέχων.

Ο Bussard, ο οποίος είναι 56 ετών, έχασε την όρασή του από το αριστερό του μάτι σε ηλικία 17 ετών μετά από αποκόλληση του αμφιβληστροειδούς του. Το δεξί μάτι ακολούθησε το 2016, αφήνοντάς τον εντελώς τυφλό. Θυμάται την ακριβή στιγμή που συνέβη. "Ήταν το πιο δύσκολο πράγμα που έχω περάσει ποτέ", λέει. Τελικά, έμαθε να προσαρμόζεται.

Το 2021, άκουσε για μια δοκιμή μιας οπτικής πρόθεσης στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ιλινόις στο Σικάγο. Οι ερευνητές προειδοποίησαν ότι η συσκευή ήταν πειραματική και δεν θα έπρεπε να περιμένει να ανακτήσει το επίπεδο όρασης που είχε πριν. Παρόλα αυτά, τον ενθουσίασε αρκετά ώστε να εγγραφεί. Χάρη στα τσιπάκια στον εγκέφαλό του, ο Bussard έχει τώρα πολύ περιορισμένη τεχνητή όραση - αυτό που περιγράφει ως "στίγματα σε μια οθόνη ραντάρ". Με το εμφύτευμα, μπορεί να αντιλαμβάνεται ανθρώπους και αντικείμενα που αναπαρίστανται με λευκές και ιριδίζουσες κουκκίδες.

Ο Bussard είναι ένας από έναν μικρό αριθμό τυφλών ατόμων σε όλο τον κόσμο που έχουν ρισκάρει να υποβληθούν σε χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο για να αποκτήσουν μια οπτική πρόθεση. Στην Ισπανία, ερευνητές του Πανεπιστημίου Miguel Hernández έχουν εμφυτεύσει σε τέσσερα άτομα ένα παρόμοιο σύστημα. Οι δοκιμές αποτελούν το αποκορύφωμα δεκαετιών έρευνας.

Υπάρχει ενδιαφέρον και από τη βιομηχανία. Η Cortigent με έδρα την Καλιφόρνια αναπτύσσει το Orion, το οποίο έχει εμφυτευθεί σε έξι εθελοντές. Η Neuralink του Elon Musk εργάζεται επίσης σε ένα εγκεφαλικό εμφύτευμα για την όραση. Σε μια ανάρτηση στο X τον Μάρτιο, ο Musk δήλωσε ότι η συσκευή της Neuralink, που ονομάζεται Blindsight, "λειτουργεί ήδη σε πιθήκους". Πρόσθεσε: "Η ανάλυση θα είναι χαμηλή στην αρχή, όπως τα πρώιμα γραφικά της Nintendo, αλλά τελικά μπορεί να ξεπεράσει την κανονική ανθρώπινη όραση".

Αυτή η τελευταία πρόβλεψη είναι απίθανη, δεδομένου ότι η όραση είναι μια τόσο πολύπλοκη διαδικασία. Υπάρχουν τεράστια τεχνικά εμπόδια στη βελτίωση της ποιότητας των όσων μπορούν να δουν οι άνθρωποι με ένα εγκεφαλικό εμφύτευμα.

Ωστόσο, ακόμη και η δημιουργία στοιχειώδους όρασης θα μπορούσε να προσφέρει στα τυφλά άτομα μεγαλύτερη ανεξαρτησία στην καθημερινή τους ζωή.

"Δεν πρόκειται για την επιστροφή της βιολογικής όρασης", λέει ο Philip Troyk, καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο Illinois Tech, ο οποίος ηγείται της μελέτης στην οποία συμμετέχει ο Bussard. "Πρόκειται για τη διερεύνηση του τι θα μπορούσε να είναι η τεχνητή όραση".

Όταν το φως προσπίπτει στο μάτι, περνάει πρώτα από τον κερατοειδή και τον φακό, το εξωτερικό και το μεσαίο στρώμα του ματιού. Όταν το φως φτάνει στο πίσω μέρος του ματιού - στον αμφιβληστροειδή - τα κύτταρα εκεί που ονομάζονται φωτοϋποδοχείς το μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα. Αυτά τα ηλεκτρικά σήματα ταξιδεύουν μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο, ο οποίος ερμηνεύει αυτά τα σήματα ως τις εικόνες που βλέπουμε.

Χωρίς άθικτο αμφιβληστροειδή ή οπτικό νεύρο, τα μάτια δεν μπορούν να επικοινωνήσουν με τον εγκέφαλο. Αυτό συμβαίνει σε πολλούς ανθρώπους με ολική τύφλωση. Οι τύποι συσκευών που κατασκευάζουν η Troyk και η Neuralink παρακάμπτουν εντελώς το μάτι και το οπτικό νεύρο, στέλνοντας τις πληροφορίες απευθείας στον εγκέφαλο. Εξαιτίας αυτού, έχουν τη δυνατότητα να αντιμετωπίσουν οποιαδήποτε αιτία τύφλωσης, είτε οφείλεται σε οφθαλμική νόσο είτε σε τραύμα.

Η συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου που επεξεργάζεται τις πληροφορίες που λαμβάνονται από τα μάτια ονομάζεται οπτικός φλοιός. Η θέση του στο πίσω μέρος του κεφαλιού τον καθιστά εύκολα προσβάσιμο για ένα εμφύτευμα. Για την τοποθέτηση των 25 τσιπ στον εγκέφαλο του Bussard, οι χειρουργοί πραγματοποίησαν μια συνηθισμένη κρανιοτομή για να αφαιρέσουν ένα κομμάτι του κρανίου του.

Τα τσιπ στον εγκέφαλο του Bussard είναι στην πραγματικότητα μικροσκοπικοί διεγέρτες που εκπέμπουν ένα ήπιο ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα τσιπ έχει περίπου το μέγεθος μιας γόμας μολυβιού και περιέχει 16 μικροσκοπικά ηλεκτρόδια, το καθένα λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Κάθε ηλεκτρόδιο μπορεί να ελεγχθεί ξεχωριστά. Συνολικά, ο Bussard έχει 400 εμφυτευμένα ηλεκτρόδια. "Είναι σαν ένα δίκτυο κινητής τηλεφωνίας στον εγκέφαλό σας", λέει ο Troyk.

Μια κάμερα τοποθετημένη σε ένα ζευγάρι γυαλιά καταγράφει το περιβάλλον του Bussard. Αυτές οι εικόνες επεξεργάζονται με ειδικό λογισμικό και μεταφράζονται σε εντολές που απευθύνονται στο δίκτυο των τσιπ, ενεργοποιώντας μεμονωμένα ηλεκτρόδια για τη διέγερση των νευρώνων. Η διέγερση παράγει οπτικές αντιλήψεις που ονομάζονται φωσφένια και μοιάζουν με κουκκίδες φωτός - μόνο που στην πραγματικότητα δεν φτάνει φως στο μάτι.

Επειδή οι διεγέρτες είναι συγκεντρωμένοι σε ένα τμήμα του οπτικού φλοιού, ο Bussard βλέπει φωσφένες μόνο στο κάτω αριστερό τμήμα του οπτικού του πεδίου. Αλλά είναι αρκετό για να βελτιώσει την ικανότητά του να πλοηγείται σε ένα δωμάτιο και να εκτελεί βασικές εργασίες, όπως το να διαλέγει ένα πιάτο ανάμεσα σε τέσσερα διαφορετικά αντικείμενα σε ένα τραπέζι.

Η παραγωγή καλύτερων εικόνων είναι μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις αυτών των συστημάτων. "Όσο περισσότερα ηλεκτρόδια έχετε, τόσο περισσότερα φωσφένια θα μπορούσατε να παράγετε θεωρητικά και τόσο πιο σύνθετα σχήματα θα μπορούσατε να δημιουργήσετε τεχνητά", λέει ο Xing Chen, επίκουρος καθηγητής οφθαλμολογίας στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ.

Πέρυσι, η Chen και οι συνεργάτες της δημοσίευσαν μια μελέτη σχετικά με μια οπτική πρόθεση που δημιούργησαν με 1.024 ηλεκτρόδια. Όταν δοκίμασαν το σύστημα σε πιθήκους, επέτρεψε στα ζώα να αναγνωρίζουν τεχνητά παραγόμενα γράμματα. Για την αποκατάσταση της χαμηλής όρασης σε ανθρώπους, οι εκτιμήσεις για τον αριθμό των ηλεκτροδίων που απαιτούνται κυμαίνονται από εκατοντάδες έως χιλιάδες. Αλλά ο Troyk πιστεύει ότι δεν είναι τόσο ο αριθμός των ηλεκτροδίων όσο η θέση τους που είναι σημαντική- η διασπορά τους στον οπτικό φλοιό θα μπορούσε να παράγει περισσότερες φωτεινές κηλίδες σε ένα μεγαλύτερο οπτικό πεδίο. Το αντιστάθμισμα όμως είναι ότι αυτό θα μπορούσε να σημαίνει μια πιο επεμβατική χειρουργική επέμβαση.

Στη μελέτη του Πανεπιστημίου Miguel Hernández στην Ισπανία, οι εθελοντές έλαβαν μόνο μία εμφυτευμένη συσκευή που περιείχε 100 ηλεκτρόδια. Ωστόσο, ακόμη και αυτό το σύστημα επέτρεψε σε μια 60χρονη γυναίκα να αναγνωρίζει γραμμές, σχήματα και απλά γράμματα, σύμφωνα με τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν το 2021. Οι ερευνητές αναπαρήγαγαν έκτοτε τα ευρήματα σε τρεις επιπλέον τυφλούς εθελοντές, σύμφωνα με τον Eduardo Fernández, τον νευροεπιστήμονα που ηγήθηκε της μελέτης.

Τονίζει ότι η τεχνητή όραση "δεν είναι σαν να ξαναβλέπεις". Ο κύριος στόχος του είναι να βελτιώσει τον προσανατολισμό και την κινητικότητα των τυφλών. Σε μια δοκιμή, ένας άνδρας που φοράει την πρόθεση είναι σε θέση να αποφεύγει αντικείμενα ενώ περπατάει σε διάδρομο μπροστά από μια οθόνη βίντεο εικονικής πραγματικότητας. Στο μέλλον, ο Fernández θέλει να προσθέσει περισσότερα ηλεκτρόδια για να αυξήσει τον αριθμό των φωσφενίων ώστε να παράγει πιο λεπτομερείς εικόνες.

Προς το παρόν, η ομάδα του μαθαίνει πολλά από τους τέσσερις αρχικούς εθελοντές της μελέτης. Ο οπτικός φλοιός του καθενός είναι λίγο διαφορετικός, οπότε οι ερευνητές πρέπει να πειραματιστούν με την τοποθέτηση των εμφυτευμένων ηλεκτροδίων και με το πόσο ηλεκτρική διέγερση πρέπει να παρέχουν. "Προσαρμόζουμε τη διέγερση για κάθε εθελοντή", λέει ο Fernández.

Η προσαρμογή των εμφυτευμάτων για βέλτιστη απόδοση αποτελεί πρόκληση. Στα πρώτα πειράματα για την παραγωγή τεχνητής όρασης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μεγάλα ηλεκτρόδια τοποθετημένα στην επιφάνεια του εγκεφάλου, τα οποία χρειάζονταν σχετικά υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα για να παράγουν φωσφένια. Η διέγερση προκαλούσε μερικές φορές επιληπτικές κρίσεις, πόνο και βλάβες στον εγκεφαλικό ιστό. Ο Chen λέει ότι υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ της ανάγκης ενός αρκετά ισχυρού ρεύματος που να προκαλεί φωσφένες αλλά να μην προκαλεί ανεπιθύμητες παρενέργειες.

Ένα άλλο εμπόδιο είναι η μακροζωία των συσκευών που εμφυτεύονται στον εγκέφαλο. Στις μελέτες από το Πίτσμπουργκ και την Ισπανία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια άκαμπτη συσκευή που ονομάζεται συστοιχία Utah, ένα τετράγωνο πλέγμα από 100 μικροσκοπικές βελόνες πυριτίου, η καθεμία με ένα ηλεκτρόδιο στην άκρη. Η συστοιχία Utah μπορεί να διαρκέσει μήνες έως χρόνια, αλλά μπορεί να σταματήσει να λειτουργεί όταν σχηματίζεται ουλώδης ιστός γύρω από το εμφύτευμα και παρεμποδίζει την ικανότητά της να λαμβάνει σήματα από τους κοντινούς νευρώνες. Τα εμφυτεύματα της ομάδας του Ιλινόις μοιάζουν με τις κεφαλές μικροσκοπικών βούρτσων για τα μαλλιά και είναι κατασκευασμένα από οξείδιο του ιριδίου, ένα είδος μετάλλου. Αντίθετα, η συσκευή Orion της Cortigent χρησιμοποιεί ηλεκτρόδια που τοποθετούνται στην επιφάνεια του οπτικού φλοιού αντί στον εγκεφαλικό ιστό.

Η Neuralink και άλλοι αναπτύσσουν συσκευές με μικρότερα, πιο εύκαμπτα ηλεκτρόδια που διεισδύουν στον εγκέφαλο. Για παράδειγμα, η συσκευή σε σχήμα νομίσματος της Neuralink κάθεται στο κρανίο με λεπτά, νηματοειδή ηλεκτρόδια που εκτείνονται στον εγκεφαλικό ιστό. Ο Chen λέει ότι τα πιο μαλακά ηλεκτρόδια έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν τη διάρκεια ζωής ενός εμφυτεύματος, αλλά μένει να δούμε πόσο καιρό θα διαρκέσουν αυτές οι εναλλακτικές λύσεις στον εγκέφαλο.

Ένα άλλο αναπάντητο ερώτημα είναι αν η διάρκεια της τύφλωσης ενός ατόμου θα επηρεάσει το πόσο καλά λειτουργούν αυτές οι συσκευές. Ο πρώτος συμμετέχων στην ισπανική μελέτη ήταν τυφλός για 16 χρόνια και παρόλα αυτά ήταν σε θέση να βλέπει ακατέργαστα σχήματα. Και ο Bussard ήταν εντελώς τυφλός για έξι χρόνια.

"Γνωρίζουμε ότι μετά από χρόνια τύφλωσης, το οπτικό σύστημα αρχίζει να εκφυλίζεται", λέει ο Chen. "Είναι πιθανό ότι όσο νωρίτερα μπορείς να παρέμβεις, τόσο το καλύτερο, αν και αυτό μένει να μελετηθεί συστηματικά και να αποδειχθεί".

Σε μια εκδήλωση τον Νοέμβριο του 2022, ο Μασκ υποστήριξε ότι "ακόμη και αν κάποιος δεν είχε ποτέ όραση, όπως όταν γεννήθηκε τυφλός, πιστεύουμε ότι μπορούμε να αποκαταστήσουμε την όραση". Ο Fernández δεν είναι τόσο σίγουρος, αλλά σημειώνει ότι η αποκατάσταση της όρασης σε κάποιον που γεννήθηκε τυφλός δεν έχει δοκιμαστεί ποτέ στο παρελθόν. Λέει ότι θεωρητικά, ένα άτομο θα πρέπει να έχει λειτουργικό οπτικό φλοιό. Αλλά οι άνθρωποι που γεννιούνται τυφλοί δεν έχουν χρησιμοποιήσει ποτέ αυτό το τμήμα του εγκεφάλου για να επεξεργαστούν τις οπτικές πληροφορίες.

Προς το παρόν, ο Bussard περιορίζεται στη χρήση της οπτικής πρόθεσης στο εργαστήριο, όπου οι ερευνητές μπορούν να ελέγχουν τη διέγερση. Ο Troyk και οι συνάδελφοί του εργάζονται πάνω σε ένα κινητό σύστημα, ώστε οι μελλοντικοί συμμετέχοντες στη μελέτη να μπορούν να χρησιμοποιούν τη συσκευή στο σπίτι. Ο Troyk αναζητά επιπλέον εθελοντές που έχασαν την όρασή τους ως ενήλικες, αλλά είχαν φυσιολογική ή σχεδόν φυσιολογική όραση για τουλάχιστον τα πρώτα 10 χρόνια της ζωής τους. Στην ισπανική μελέτη, στους συμμετέχοντες εμφυτεύεται η οπτική πρόθεση για έξι μήνες πριν αφαιρεθεί στο πλαίσιο του πρωτοκόλλου της δοκιμής.

Ο Bussard λέει ότι θα ήθελε να χρησιμοποιήσει τη συσκευή εκτός εργαστηρίου. Έχει έναν σκύλο που είναι κωφός και μερικώς τυφλός και αστειεύεται ότι θα ήταν πολύ πιο εύκολο να βρει τον σκύλο του αν μπορούσε να χρησιμοποιήσει το προσθετικό του στο σπίτι. Αλλά γνωρίζει ότι μπορεί να μην επωφεληθεί πολύ από τη συσκευή κατά τη διάρκεια της ζωής του. "Δεν το κάνω απαραίτητα για μένα", λέει για τη συμμετοχή του στη δοκιμή. "Το κάνω για τις μελλοντικές γενιές".

Πηγή: The Next Frontier for Brain Implants Is Artificial Vision