Görme Engelli İnsanlar İçin Biyonik Göz Mucizesi

Biyonik bir göz, kör insanların görüşünü yeniden sağlayabilir ve robotik görüşü büyük ölçüde iyileştirebilir, ancak mevcut görsel sensörler, doğanın tasarımının etkileyici özelliklerinden çok uzaktadır. Şimdi araştırmacılar , yapısını taklit etmenin ve kabiliyetlerinin çoğunu yeniden üreten yapay bir göz yaratmanın bir yolunu buldular .
Gözün tasarımını bu kadar güçlü kılan şeyin önemli bir kısmı, şeklidir, ancak bu aynı zamanda taklit edilmesi en zor şeylerden biridir .
Buluşun anahtarı, kubbe şeklindeki yapay bir retinaya fotosensör yerleştirmenin ustaca bir yoluydu . Ekip, yoğun şekilde paketlenmiş nano ölçekli gözeneklerle serpiştirilmiş bir alüminyum oksit yarım küre yarattı. Daha sonra, güneş pillerinde kullanılan bir tür ışığa duyarlı bileşik olan perovskitten yapılan bu gözeneklerde nanotelleri büyütmek için buhar biriktirme kullandılar.
Bu nanoteller, fotoreseptörlerin yapay eşdeğeri olarak işlev görür. Işık üzerlerinden geçtiğinde, retinanın arkasına bağlı sıvı metal tellerle toplanan elektrik sinyallerini iletirler.
Araştırmacılar daha sonra biyonik gözü bir bilgisayara bağladılar ve bir dizi harfi tanıyabildiğini gösterdiler. Yapay göz, bir insan gözünün 130 derecelik görüş alanını tam olarak elde edemese de, 100 dereceyi başardı, bu, düz bir sensörün elde edebileceği yaklaşık 70 dereceye göre önemli bir gelişmedir.
Biyonik göz nasıl çalışır?
Biyonik bir göz, görüntüleri bir video kameradan yüksek kontrastlı bir gösterime dönüştürür ve bunun bir kısmı daha fazla işlenmek üzere seçilir. Bu, tipik bir biyonik gözün azaltılmış görüş alanına karşılık gelen aşağıdaki mavi gölgeli kutudur.
Harici bir video işlemci daha sonra bu yüksek kontrastlı görüntüyü, göze implante edilen elektrotlara gönderilen elektriksel uyarı parametrelerine dönüştürür. Biyonik göz alıcısı, ışık flaşlarından oluşan bulanık bir görüntü algılar.

Alıcılar gerçekte ne görüyor?
Melbourne hastalarımızın deneyimlerinden, elektrotlar üzerindeki aktivitenin sabit bir algıdan ziyade bir dizi parlak flaş olarak görüldüğünü biliyoruz . Böylece dünya, temel şekli (yükseklik ve genişlik gibi) ve kameranın önündeki bir nesnenin yaklaşık konumunu temsil edecek şekilde düzenlenmiş yanıp sönen ışık patlamalarıdır. Diğer alıcılar bunun şöyle olduğunu söyledi :
Neredeyse kaosa benzeyen milyonlarca pırıltılı ışığın olduğu gece gökyüzüne bakarken.
Alıcıların kamera görüntüsünü yorumlamak için bu düzensiz flaşları kullanması gerekir. Görüş alanı (gözlemlenebilir dünyanın kapsamı) küçüktür – yaklaşık 30 derece genişliğinde veya kol uzunluğunda bir el açıklığı – bu nedenle alıcıların tüm görüntüyü bir araya getirmek için iyi bir hafızaya sahip olması gerekir.
Harici kamera ve video işlemedeki iyileştirmeler burada yardımcı olabilir. Örneğin, mesafe algılama kameraları kaldırımdaki çöp kutusu gibi engelleri vurgulayabilir ve termal kameralar insan şekillerini vurgulayabilir . Şu anda, en iyi sonuçlar büyük ölçüde hasta katılımına ve rehabilitasyona bağlıdır.

Kim biyonik göz alır?
Hastalar için bir seçenek olabilecek biyonik göz tipi, görme kayıplarının nedenine bağlıdır. Retina biyonik göz implantları, göz küresinin içine yerleştirilir ve yalnızca retinitis pigmentosa olarak bilinen kalıtsal retina dejenerasyonu ve yaşa bağlı makula dejenerasyonu gibi belirli hastalıklardan görüşlerini kaybetmiş kişiler için uygundur.
Bugüne kadar, sadece dejeneratif retina hastalıkları olan kişiler biyonik göz almaya hak kazanmıştır. Üç retina biyonik göz ticari satış için onaylandı: ABD’de geliştirilen Argus II , Almanya’da Alpha-AMS ve Fransa’da IRIS V2 .
Avustralya’nın Melbourne şehrinde geliştirilen yeni bir cihazı kullanarak 2012 ile 2014 yılları arasında üç kişiyle klinik deney yapıldı . Bu cihaz, gözün içine değil de gözün arkasına implante edildiği için mevcut biyonik gözlerden daha güvenli bir cerrahi profile sahip olabilir.
Ameliyattan önce, Melbourne hastaları yüzlerinin önünde sallanan bir el göremezlerdi. Biyonik göz implantı ile, bir masa üzerindeki nesneleri bulabildiler ve yürürken yollarındaki nesnelerin etrafında dolaşabildiler , bu da implantın gerçek dünyada yararlı görsel bilgiler sağlayabileceğini gösterdi. Önümüzdeki yıl ikinci nesil bir implant denemesine hazırlanıyoruz . Bunların hepsi retina implantlarıdır ve çoğunlukla retinitis pigmentosa hastaları için kullanılmıştır.
Yapay retinadaki nanotellerin yoğunluğu da insan gözündeki fotoreseptörlerin 10 katından fazla , bu da teknolojinin nihayetinde doğadan çok daha yüksek çözünürlüğe ulaşabileceğini gösteriyor.
Şu anki en büyük sınırlama, bu fotosensörleri kablolamak. Sıvı metal bağlantıları şu anda nanotellerden daha geniş iki kat daha geniştir, bu nedenle her biri birçok fotosensöre bağlanır ve retinanın arkasına yalnızca 100 tel takılabilir. Bu, fotosensör yoğunluğuna rağmen gözün yalnızca 100 piksel çözünürlüğe sahip olduğu anlamına gelir.
Araştırmacılar, nikel mikroiğneleri bir seferde yalnızca üç nanotele bağlamak için manyetik alanları kullanmanın bir yolunu buldular, ancak bu işlem, yapay retinada bulunan milyonlarca nanoteli büyütmek imkansız olacak karmaşık bir manuel işlemdir. Yine de, cihaz, yakında doğanın en seçkin tasarımlarından birini kopyalayabileceğimizi ve hatta daha da iyisi yapabileceğimizi gösteren umut verici bir konsept kanıtını temsil ediyor.

Görüntü kalitesi iyileştirilebilir mi?
Şu anda, görüntü kalitesini iyileştirmek için birkaç yaklaşım vardır. Birincisi, implante edilen mikro elektrotların sayısını artırmak ve onları daha küçük hale getirerek daha bağımsız “pikseller” ve daha yüksek çözünürlük için seçici nöronları hedeflemelerine olanak sağlamaktır. Elektrotların yüksek keskinlikte çözünürlük üretecek kadar küçük olmasına izin verebilecek daha yeni nanoteknoloji malzemeleri var.
Diğer bir teknik, daha küçük boyutlu nöron kümelerini etkinleştirmek için stimülasyonu daha iyi odaklamak için elektriksel stimülasyon modellerini rafine etmektir . Ayrıca, elektrik akımının iki veya daha fazla elektrot arasında paylaşıldığı ” sanal elektrotlar ” oluşturarak çözünürlüğü yapay olarak artırabiliriz . Bu yeni uyarma yöntemleri kararlılığı artırabilir, bulanıklığı azaltabilir ve hatta muhtemelen renk üzerinde ilkel kontrol sağlayabilir.

Sonuç olarak, araştırmacılar retinanın beyinle iletişim kurmak için kullandığı sinirsel kodu anlamaya ve taklit etmeye çalışıyorlar . Fotoreseptörlerin ateşleme kalıpları kopyalanabilirse, doğru mesaj beyne iletilir. Ortaya çıkan vizyon, önemli ölçüde daha doğal hale gelecektir.
Bu teknikleri birleştirerek, elde edilebilen görme seviyesi, hastaların bir rehber köpek veya baston kullanmadan bağımsız olarak dolaşmasına izin verebilir. Sevdiklerinizin yüzlerindeki gündelik nesneleri ve hatta duyguları tanımak mümkün olabilir. Hangi yaklaşımın nihayetinde uygulanabilir olduğuna gelince, bunu sadece zaman gösterecektir. Kesin olan bir şey, biyonik gözlerin zamanla daha iyi olacağıdır.