Implanturi vizuale cu microelectrozi de penetrare
Implanturile vizuale penetrante cu microelectrod sunt un tip de implant vizual cortical . Acestea diferă de celălalt tip principal de implant vizual cortical ( implantul vizual Dobelle ) deoarece, în loc să folosească electrozi de suprafață așezați pe cortexul vizual , efectuează o stimulare corticală prin utilizarea de microelectrozi care pătrund în țesutul nervos.
Începând cu anii 1990, s-au format două grupuri principale care au început să lucreze la proiectarea de implanturi vizuale corticale permanente cu microelectrozi pătrunzători. Conducerea primului grup, format la Institutele Naționale de Sănătate (NIH) din Washington DC, a fost inițial încredințată Dr. EM Schmidt. Al doilea grup, cu sediul la Laboratoarele John Moran de Viziune Aplicată și Științe Neurale de la Universitatea din Utah, a fost condus de la început de Dr. RA Normann. [1]
Abordarea experimentală a grupului NIH
Grupul NIH a fost primul care a folosit implanturi vizuale corticale cu microelectrozi pătrunzători. Datele colectate au evidențiat, de la început, câteva avantaje oferite de microstimularea intracorticală (ICMS). Având în vedere adâncimea de inserție a microelectrozilor (3-5 mm), au fost necesare niveluri mai mici de stimulare (20-200 µA) pentru a obține evocarea fosfenelor (senzații de lumină asemănătoare punctelor) decât cele cerute de implantul vizual Dobelle . Mai mult, fosfenele au fost mult mai stabile: nu au arătat pâlpâire. [2]
Primele rezultate ale experimentării umane
Rezultatele inițiale încurajatoare au determinat grupul NIH să continue procesul, concentrându-se în mod special pe o femeie de 42 de ani care își pierduse vederea cu 22 de ani mai devreme. Proteza utilizată a implicat implantarea a 38 de microelectrozi de penetrare, conectați la un conector percutanat, prin care experimentatorii ar putea implementa stimulările. Într-o primă fază a fost posibil să se inducă un răspuns prin 36 din cei 38 de microelectrozi implantați, iar fosfenele evocate au apărut subiectului studiului în diferite culori și dimensiuni; în plus, unele au apărut mai aproape sau mai departe decât altele sau s-au mișcat în raport cu mișcarea ochilor femeii. Diferențele dintre fosfenele evocate au fost legate de utilizarea stimulărilor de intensitate diferită sau multiple.
Cu toate acestea, după câteva săptămâni de la începutul experimentului, au început să apară unele dificultăți. Pentru a putea fi dezvoltată o proteză corticală permanentă, este necesar să se verifice care sunt condițiile optime de stimulare, astfel încât să se stabilească parametrii astfel încât să se evoce întotdeauna cel mai clar și mai definit răspuns posibil: cercetătorii au observat că subiectul studiat s-a adaptat din când în când în timp într-un mod diferit de stimuli, variind astfel continuu setarea parametrilor de stimulare. O altă dificultate tehnică întâmpinată s-a referit la fragilitatea electrozilor: după câteva luni de la începutul experimentului, aproximativ 50% din electrozii implantați se rupuseră.
În ciuda tuturor, experimentatorii au reușit să demonstreze că activarea simultană a anumitor grupuri de electrozi a făcut posibilă evocarea formelor suficient de definite pentru a permite un ajutor pentru mișcarea în spațiu și pentru citire. [3]
Starea actuală a proiectului
În prezent, grupul NIH este condus de Dr. P. Troyk, iar cercetarea vizează încercarea de a limita problemele care au apărut în trecut. Progresul tehnologic și material a făcut posibilă crearea de proteze cu un număr mult mai mare de microelectrozi , în materiale mai rezistente și biocompatibile . Dificultățile legate de poziționarea electrozilor în sine sunt de fapt destul de limitate, iar celulele deteriorate de penetrare sunt mici, în ciuda numeroșilor electrozi utilizați. Mai mult, se pare că dificultățile întâmpinate în stabilirea parametrilor de stimulare s-au datorat timpului limitat de experimentare, care a fost limitat la 4 luni de observare; Potrivit lui Troyk, este necesară o perioadă de adaptare, timp în care ar trebui să aibă loc o reorganizare a circuitelor neuronale , înainte ca proteza să poată funcționa la maxim. [4]
Abordarea experimentală a grupului Universității din Utah
Grupul Universității din Utah a urmat aceleași principii ca și grupul NIH pentru dezvoltarea unei proteze care vizează optimizarea vederii, depășirea limitelor impuse de caracteristicile tehnice ale implantului vizual Dobelle.
Recent, grupul de la Universitatea din Utah s-a gândit și la alte posibile aplicații ale protezei: proteza poate fi aplicată pentru restabilirea auzului, ar putea ajuta persoanele care au suferit o operație de altoire a unui membru artificial la un control mai bun al membrelor. în sine ar putea oferi speranța restabilirii funcției motorii la pacienții cu leziuni ale măduvei spinării . [5]
Matrice de electrozi din Utah
Matricea de electrozi din Utah este formată în mod obișnuit din 100 de microelectrozi de penetrare, dispuși într-o rețea de 10x10 și distanțați la 0,4 mm; fiecare dintre ele are 1,5 mm lungime și foarte subțire (diametrul la bază este de aproximativ 80 µm). Electrozii sunt acoperiți cu platină pentru a permite o conducere mai bună a semnalului, totuși proteza este realizată în mare parte din silicon , un material extrem de biocompatibil . Electrozii sunt izolați de un strat de sticlă, pentru a permite o stimulare mai precisă și specifică. Scopul este de a obține, în următorii câțiva ani, un câmp continuu de fosfene. [6]
Procedura de implantare a protezei
De la începutul proiectului, studiile care vizează dezvoltarea tehnică a protezei vizuale au fost combinate cu cercetări menite să rezolve problemele legate de operația de implantare a protezei în sine. Numărul mare de electrozi care alcătuiesc proteza ar fi putut răni sau comprima țesutul nervos în timpul procedurii de plasare; pentru a evita acest pericol, vârful microelectrozilor a fost realizată cu o formă care permitea pătrunderea grație deplasării țesuturilor fără a le compromite și care, în același timp, era suficient de subțire pentru a nu reprezenta pericolele unei comprimări excesive a țesuturilor. În același timp, cercetările au arătat că creșterea vitezei de poziționare a protezei determină un risc mai mic de afectare a țesuturilor; Prin urmare, cercetătorii au dezvoltat un nou instrument de aer comprimat, capabil să efectueze inserția în 200 µs. [6]
O altă proprietate de interes practic se referă la capacitatea protezei de a se potrivi și de a se integra perfect în țesutul nervos. Experimentele au arătat că electrozii, odată poziționați, tind să se ancoreze de țesutul înconjurător și să urmărească mișcările țesutului însuși. Această proprietate este foarte importantă pentru a limita riscul ruperii electrodului și pentru a permite stabilitatea implantului în timp. [6]
Utah Slant Array
În plus față de matricea de electrozi din Utah, studiile sunt efectuate folosind și un alt tip de proteză: matricea din Utah Slant. Acest dispozitiv este foarte asemănător cu primul, cu o singură diferență în lungimea electrozilor , care sunt dispuși în rânduri de înălțime în scădere progresivă de la 1,5 la 0,5 mm. Matricea Utah Slant este utilizată pentru a studia pragul minim de stimulare care trebuie utilizat pentru a putea evoca fosfenele, în raport cu profunzimea stimulării. Rezultatele acestui tip de cercetare ar putea fi utile pentru dezvoltarea unor proteze și mai puțin invazive, cu microelectrozi mai scurți sau chiar mai exacți, capabili să stimuleze diferiți neuroni la adâncimi diferite cu microelectrozi de lungimi diferite. [6]
Starea actuală a proiectului
Deși lumina verde pentru experimentarea umană a sosit de la organismele competente, faza clinică nu a început încă și datele colectate până în prezent privesc experimente pe animale de laborator. În prezent, cercetările efectuate direct asupra oamenilor vizează în principal analiza posibilelor răspunsuri în ceea ce privește performanța vizuală. În acest scop, se efectuează experimente psihofizice pe oameni: prin simularea stimulilor care ar putea fi obținuți cu ajutorul protezei, răspunsul vizual este verificat în termeni de intensitate și claritate a percepției imaginii. [6]
Notă
- ^ (RO) corticală Proteză , pe biomed.brown.edu. Adus la 18 februarie 2012 (arhivat din original la 12 martie 2011) .
- ^ M. Bak, JPGirvin, FT Hambrecht, CV Kufta, GE Loeb, EM Schmidt, „Senzații vizuale produse prin microstimulare intracorticală a cortexului occipital uman”. Med. & Biol. Eng. & Comput., 1990. 28: 257-259.
- ^ EM Schmidt, M. Bak, JPGirvin, FT Hambrecht, CV Kufta, DK O'Rourke, P. Vallbhanath, „Fezabilitatea unei proteze vizuale pentru nevăzători pe baza microstimulării intracorticale a cortexului vizual”. Brain, 1996. 119: 507-522.
- ^ Revista IIT | Primăvara 2002 | Sfântul Graal: IIT conduce căutarea unui sistem electronic de restabilire a vederii nevăzătorilor , pe iit.edu . Adus la 19 martie 2010 (arhivat din original la 28 mai 2010) .
- ^ RA Normann, „Technology Insight: viitoare terapii neuroprotetice pentru tulburări ale sistemului nervos”. Nature Clinical Practice Neurology, 2007. 3: 444-452.
- ^ A b c d și (EN) Richard Normann, Sight Restoration For Individuals With Profund Blindness , of bioen.utah.edu (depus de „Original url 16 May 2010).
