Demo: Künstliche Netzhaut

Mitte der 1980er Jahre erforschte der Neuroophthalmologe Joseph Rizzo III Netzhauttransplantationen, um das Sehvermögen blinder Menschen wiederherzustellen. Eines Tages, als er die Netzhaut eines Labortiers entfernte, eine gewebedünne Membran, die die Rückseite des Inneren des Augapfels auskleidet, hatte er eine Offenbarung. In dem Moment, als ich den Schnitt machte, sagte ich mir: ‚Was zum Teufel machst du da?‘, erzählt Rizzo. Er erkannte, dass er Nervenverbindungen durchtrennte, die bei vielen Formen der Blindheit eigentlich verschont blieben. Die lichtempfindlichen Zellen der Netzhaut sterben bei Retinitis pigmentosa und altersbedingter Makuladegeneration ab, von denen weltweit Millionen betroffen sind; aber die nahegelegenen Neuronen, die die Signale von diesen Zellen zum Gehirn weiterleiten, bleiben intakt. Also entwarf Rizzo eine Netzhautprothese – ein Implantat, das ein drahtloses Signal von einer Videokamera aufnimmt, die Lichtrezeptoren umgeht und die gesunden Nervenzellen direkt stimuliert, das Bild an das Gehirn weiterzugeben. Rizzo, der an der Massachusetts Eye and Ear Infirmary und dem Boston VA Medical Center arbeitet, hat sich mit dem Elektroingenieur John Wyatt Jr. vom MIT zusammengetan, um das Projekt zu verfolgen. 1988 starteten sie das Boston Retinal Implant Project, das heute 27 Forscher an acht Institutionen umfasst. Das Team hat bereits Kurzzeittests am Menschen durchgeführt und hofft, bis 2006 eine permanente Prothese testen zu können. Wyatt und Rizzo gaben kürzlich der TR-Redakteurin Erika Jonietz einen Einblick in ihre Fortschritte.

eins. Bild Relais. In einem kleinen, fensterlosen Arbeitsraum voller Tische und Geräte in seinem MIT-Labor erklärt Wyatt, wie ein Echtzeitbild aufgenommen und an die Netzhautprothese übertragen wird. Während er spricht, modelliert ein Gastwissenschaftler namens Shawn Kelly die externen Teile des Systems. Die Idee: Eine kleine kommerzielle digitale Videokamera (die Forscher haben sich noch nicht entschieden) würde auf eine Brille montiert. Während sich der Benutzer umschaute, sendete ein Sender – jetzt nur noch eine Drahtspule, die an einer Leiterplatte befestigt und an einem Gürtel getragen wird – drahtlos Bilder von der Kamera an das Implantat in seinem Auge. Hier ist die Sendespule, sagt Wyatt und weist auf zwei konzentrische Kupferringe hin, die an den Ohrhörer der Brille geklebt sind. Mittels Funkwellen, sagt er, schickt der innere Ring die Daten an die Prothese, während die äußere Spule ihr Strom schickt.

Ausverkauf oder Retter?

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom September 2004



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zwei. Nachricht erhalten. Wyatt legt die Brille neben ein Modell eines Augapfels und zeigt, wie sich die Sendespule mit einer ähnlichen Empfangsspule auf dem Implantat ausrichtet, das auf der Augenoberfläche sitzt. Bei unserem Design haben wir fast die gesamte Masse des Implantats außerhalb des Augapfels platziert, sagt Wyatt. Jahrelang wollten wir alles hineinlegen. Aber das Auge mag nichts darin; Deshalb hat es keinen Reißverschluss. Zwischen 1998 und 2000 führte das Team eine Reihe von Experimenten mit einem internen Implantat durch, bei denen Elektroden für einige Stunden in die Augen blinder Freiwilliger platziert wurden und die Elektroden in verschiedenen Testmustern abgefeuert wurden. Die Leute sahen Flecken und gelegentlich Linien, aber sie sahen nicht ganz so viel, wie wir gehofft hatten, sagt Wyatt. Wir glauben, dass die Menschen besser sehen könnten, wenn sie mehr Zeit für das Implantat haben und wirklich lernen, wie man es benutzt. So arbeitete das Team daran, eine Prothese zu entwickeln, die für den dauerhaften Einsatz besser geeignet ist. Das aktuelle Design außerhalb des Augapfels ist das Ergebnis. Das Implantat wird mit kleinen Nähten an der Augenoberfläche befestigt, um zu verhindern, dass es sich verschiebt, wenn sich das Auge normal in seiner Augenhöhle bewegt. Das einzige, was das Auge durchdringt, ist ein kleines Elektrodenfeld von 10 Mikrometer Dicke, zwei Millimeter Breite und drei Millimeter Länge. Das Array gleitet unter die Netzhaut, wo die Elektroden überlebende Nervenzellen als Reaktion auf Bilder von der Kamera stimulieren und einen kleinen Sehbereich bieten.

3. Synthetische Vision. Wyatt zieht das Implantat vom Modell ab und legt es auf einer nahegelegenen Platine ab, um es besser sehen zu können. Die Basis bildet ein flexibles, weißliches Polymer, das sich dem Auge anschmiegt. Die Elektronik sitzt oben auf dem Fünfeck. Wyatt zeigt auf ein kleines schwarzes Quadrat in dieser Region, das als Gehirn des Implantats fungiert. Dieser in seinem Labor entwickelte Chip empfängt Bilddaten und Strom vom Sender und ermittelt das Muster der Elektrodenzündungen, das das Bild der Kamera am besten wiedergibt. An der Unterseite eines dünnen Verbindungsstücks aus Polymer befindet sich die Empfängerspule und links davon auf einem durchsichtigen, flexiblen Streifen das Elektrodenarray selbst.

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Vier. Rückt näher . Rizzo bewegt das Implantat unter einer Lupe, um das Array zu untersuchen. Es besteht derzeit aus nur 15 Elektroden mit einem Durchmesser von jeweils 400 Mikrometern. Eine Elektrode wird eine Ansammlung von Nervenzellen in der Nähe antreiben, sagt Rizzo. Obwohl dies nur einen kleinen Bereich mit niedriger Auflösung bieten wird, glaubt Rizzo, dass es bei seinem ersten Ziel helfen wird: die Lebensqualität von Blinden zu verbessern, indem es ihnen ermöglicht wird, sich in unbekannten Bereichen leichter zu bewegen als mit Stöcken – und ein Stock ist hübsch gut, sagt er. Nach 16 Jahren Forschung wissen Rizzo und Wyatt, dass das Erreichen selbst dieses begrenzten Ziels ein riesiger Fortschritt beim künstlichen Sehen sein wird.

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