Искусственная сетчатка сама решит, что видеть, а что игнорировать

Схематичное изображение сложного устройства сетчатки и расположенного на ней импланта. Перевод Вести.Наука.

Иллюстрация Stanford University.

Более десяти лет исследователи работают над созданием искусственной цифровой сетчатки. Имплантированная в глазное яблоко, она вернёт бесценное зрение людям с некоторыми видами слепоты.

Однако на пути к массовому производству и внедрению таких устройств есть ещё множество трудностей. Недавно специалисты из Стэнфордского университета предложили решение одной из самых важных, по их словам, проблем: перегревания.

Необходимо пояснить, что искусственная сетчатка работает благодаря очень маленькому компьютерному чипу, снабжённому множеством металлических электродов. Бионическая конструкция имплантируется на внутреннюю поверхность глазного яблока.

По сути, такой имплант – это датчик камеры, который собирает свет, попадающий в глаз, и преобразует его в электрические сигналы.

Электроды передают их дальше в специализированные клетки сетчатки. Затем сигналы по зрительному нерву попадают в конечный пункт назначения – головной мозг. Там происходит окончательная обработка визуальной информации.

Вызов для исследователей заключается в том, что глаз регистрирует очень большой объём поступающих данных. В результате имплантированная электроника попросту начинает перегреваться. Понятно, что в столь деликатной области это недопустимый "побочный эффект".

И это при том, что в современных прототипах используется всего несколько сотен электродов. Первая по-настоящему эффективная цифровая сетчатка, отмечают авторы научной работы, должна иметь десятки тысяч таких электродов.

Возможное решение этой проблемы разработчикам подсказал сам принцип работы нашей внутренней оболочки глаза.

Дело в том, что разные клетки здоровой сетчатки выполняют различные функции. Сигналы (их ещё называют пики), поступающие от специализированных клеток, имеют собственную уникальную форму.

Как оказалось, ориентируясь на форму этих поступающих сигналов, возможно достоверно определить, какие пики действительно имеют значение, а какие можно игнорировать.

Так, если сигнал регистрируется только одним электродом, искусственная сетчатка "понимает", что это важно. Она сохраняет и обрабатывает его.

Но если два и более электрода регистрируют один и тот же сигнал, цифровой имплант воспримет это как ничего не значащий шум и просто не примет его во внимание.

Для наглядности учёные проводят аналогию с попыткой проследить единственный связный разговор в толпе. Лишь два-три голоса будут нести важную информацию, в то время как всё остальное – бесполезный шум.

Ранее, отмечают инженеры, оцифровка и сжатие данных выполнялись раздельно, что требовало большого объёма дополнительного хранения и передачи данных.

Новый эффективный метод сбора визуальной информации уменьшит количество обрабатываемых имплантом визуальных данных в 40 раз, утверждают авторы идеи.

"Наша инновация заключается в интеграции методов сжатия в процесс оцифровки [сигналов]. Этот подход сохраняет наиболее полезную информацию и его легче реализовать на аппаратном уровне", – поясняет соавтор исследования профессор Субхасиш Митра (Subhasish Mitra) в пресс-релизе.

Американские учёные полагают, что это первый шаг к созданию эффективных имплантируемых чипов, которые будут работать не только в глазах, но и в других так называемых нейропротезных системах, которые превращают нервные импульсы в компьютерные сигналы.

В будущем такие разработки вернут парализованным людям способность двигаться, восстановят слух и даже облегчат некоторые психические заболевания, считают авторы работы, опубликованной в издании IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems.

Добавим, что недавно учёные составили первый клеточный атлас сетчатки примата, который поможет справиться со слепотой. Также авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о принципиально новом бионическом органе зрения.

Оставайтесь в курсе самых интересных новостей научного мира, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВК, Facebook, Twitter, "Одноклассники". Есть мы и в Яндекс.Дзене.