Neuartiges Gerät bietet retina neuronale code zur Wiederherstellung der normalen vision

Zwei Forscher am Weill Cornell Medical College haben entschlüsselt Maus Netzhaut neuronale code gekoppelt und diese Informationen zu einer neuartigen Prothese wiederherstellen Anblick blinde Mäuse. Die Forscher sagen, Sie haben auch den code geknackt für ein Affe retina—, die im wesentlichen identisch zu der des Menschen —und die Hoffnung, schnell design-und test-ein Gerät, das blinde Menschen nutzen können.

Der Durchbruch, in der berichtet Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Signale einen bemerkenswerten Fortschritt in der langjährigen Bemühungen um die Wiederherstellung vision. Aktuelle Prothetik bieten, blinde Flecken und Ränder von Licht zu helfen, Sie zu navigieren. Dieses neuartige Gerät bietet den code zur Wiederherstellung der normalen vision. Der code ist so genau, dass man es zulassen kann, Gesichtszüge zu erkennen und damit die Tiere zu verfolgen, bewegte Bilder.

Der leitende Forscher, Dr. Sheila Nirenberg, computational Neurowissenschaftler am Weill Cornell, sieht vor, am Tag, als der blinde wählen können, tragen ein Visier, ähnlich wie in der TV-show Star Trek. Das Visier ist die Kamera in Licht und verwenden Sie ein computer-chip, schalten Sie es in einen code um, die das Gehirn übersetzen kann in ein Bild.

„Es ist eine aufregende Zeit. Wir können blinde Maus Netzhäute sehen, und wir bewegen uns so schnell wir können, das gleiche zu tun im Menschen,“ sagt Dr. Nirenberg, ein professor in der Abteilung für Physiologie und Biophysik und am Institut für Computational Biomedizin an der Weill Cornell. Die Studie ist co-Autor ist Dr. Chethan Pandarinath, der war ein student mit Dr. Nirenberg und ist derzeit als Postdoc an der Stanford University.

Dieser neue Ansatz bietet Hoffnung für die 25 Millionen Menschen weltweit leiden an Erblindung durch Erkrankungen der Netzhaut. Da medikamentöse Therapien helfen, nur ein kleiner Bruchteil der Bevölkerung, die Prothesen sind Ihre beste option für die Zukunft abzusehen.

„Dies ist die erste prothetische, hat das Potenzial, normalen oder nahezu normalen vision, weil es beinhaltet den code,“ Dr. Nirenberg erklärt.

Entdecke den Code

Normalen vision tritt auf, wenn Licht fällt auf die Photorezeptoren in der Oberfläche der Netzhaut. Die retinale Schaltung verarbeitet dann die Signale von den Fotorezeptoren auf und wandelt Sie in einen code von Nervenimpulsen. Diese Impulse werden dann gesendet, bis das Gehirn die von der Netzhaut output-Zellen, die sogenannten Ganglienzellen. Das Gehirn versteht diesen code von neuronalen Impulsen und übersetzen es in aussagekräftige Bilder.

Blindheit ist Häufig verursacht durch Erkrankungen der Netzhaut, die zu töten die Photorezeptoren und vernichten der zugehörigen schaltungen, sondern in der Regel in diesen Krankheiten, die die Netzhaut output-Zellen werden verschont.

Aktuelle Prothetik werden in der Regel durch fahren diese überlebenden Zellen. Elektroden werden eingepflanzt in einen blinden Patienten ins Auge, und Sie stimulieren die Ganglienzellen mit Strom. Aber dies erzeugt nur grobe des Gesichtsfeldes.

Viele Gruppen arbeiten, um die Leistung zu verbessern, indem Sie weitere Stimulatoren in das Auge des Patienten. Die Hoffnung ist, dass mit mehr Anreger, mehr ganglion-Zellen im geschädigten Gewebe werden aktiviert, und die Bildqualität wird sich verbessern.

Andere Forschungsteams, die Verwendung von light-sensitive Proteine als Alternative zu stimulieren die Zellen. Diese Proteine eingeführt werden, in der Netzhaut durch die gen-Therapie. Einmal im Auge, Sie können gezielt viele Ganglienzellen auf einmal.

Aber Dr. Nirenberg weist darauf hin, dass es ein weiterer Kritischer Faktor. „Es ist nicht nur notwendig, um zu stimulieren eine große Anzahl von Zellen, aber Sie haben auch angeregt werden, mit der richtigen code — den code der Netzhaut, die normalerweise verwendet für die Kommunikation mit dem Gehirn.“ Dies ist, was die Autoren entdeckten — und was Sie eingearbeitet in eine neuartige Prothetik.

Dr. Nirenberg argumentierte, dass alle Muster von Licht fallen auf die Netzhaut, musste umgewandelt werden in eine Allgemeine code — eine Reihe von Gleichungen — , Kurven-Licht-Muster in das Muster der elektrischen Impulse. „Die Leute haben versucht, den code, der tut dies für Reize einfach, aber wir wussten, es musste sein, verallgemeinerbare, so dass es funktionieren könnte, für alles — Gesichter, Landschaften, alles, was eine person sieht,“ Dr. Nirenberg sagt.

Vision = Chip-Plus-Gen-Therapie

In einem eureka moment, während der Arbeit auf den code für einen anderen Grund, Dr. Nirenberg erkannte, was Sie Tat, konnte unmittelbar angewendet werden, um eine Prothese. Sie und Ihre Schüler, Dr. Pandarinath, ging sofort an die Arbeit. Sie implementiert die mathematischen Gleichungen, die auf einem „chip“ und kombiniert es mit einem mini-Projektor. Der chip, den Sie nennt, die „encoder“ konvertiert Bilder in das Auge in die Ströme von elektrischen Impulsen, und der mini-Projektor dann wandelt die elektrischen Impulse in Lichtimpulse um. Diese Lichtpulse sind, dann fahren Sie die lichtempfindliche Proteine, die in die Ganglienzellen, zu senden, den code an das Gehirn.

Der gesamte Ansatz wurde getestet auf der Maus. Der Forscher baute zwei prothetische Systeme — eine mit dem code und eine ohne. „Die Aufnahme des code hatte dramatische Auswirkungen“, so Dr. Nirenberg sagt. „Es sprangen die Leistung des Systems bis zu near-normal-Niveau — das heißt, es war genug Informationen in der system-Ausgang zum rekonstruieren von Bildern von Gesichtern, Tieren — im Grunde alles, was wir versucht.“

In einer strengen Reihe von Experimenten fanden die Forscher, dass die Muster produziert, die von den blinden Netzhaut bei Mäusen eng aufeinander abgestimmt werden, die von normalen Maus Netzhaut.

„Der Grund, warum dieses system funktioniert, ist zwei-Fach,“ Dr. Nirenberg sagt. „Die encoder — der Satz von Gleichungen ist in der Lage, zu imitieren, Netzhaut-Transformationen für ein breites Spektrum von stimuli, einschließlich natürlicher Szenen, und so produzieren normalen Muster der elektrischen Impulse und der stimulator (die lichtempfindliche protein) ist in der Lage, senden diese Impulse an das Gehirn weiterzuleiten.“

„Was diese Ergebnisse zeigen, dass die kritischen Inhaltsstoffe, die für den Bau hoch-effektive prothetische Netzhaut — der retina-code und eine hohe Auflösung anregende Methode — sind jetzt zu einem großen Teil, im Ort“, berichtet Dr. Nirenberg.

Dr. Nirenberg, sagt Ihr retinale Prothesen wird die Notwendigkeit menschlichen klinischen Studien, vor allem zum testen der Sicherheit des gen-Therapie-Komponente, liefert die lichtempfindliche protein. Aber Sie ahnt es sicher sein wird, da ähnliche gen-Therapie-Vektoren wurden erfolgreich getestet, für die anderen Netzhauterkrankungen.

„Das war spannend“, so Dr. Nirenberg sagt. „Ich kann nicht warten, um begonnen zu erhalten, auf die dieser Ansatz für die Patienten.“

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