פריצת דרך חדשה סוללת את הדרך עבור שתלי ראייה שיכולים לשחזר את הראייה

צוות חוקרים מאוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשבדיה, אוניברסיטת פרייבורג והמכון ההולנדי למדעי המוח פיתח שתל קטן להפליא, עם אלקטרודות בגודל של נוירון בודד שיכול להישאר שלם בגוף לאורך זמן – א. שילוב ייחודי המבטיח שתלי ראייה עתידיים לעיוורים.

לעתים קרובות כאשר אדם עיוור, חלק מהעין או חלק מהעין נפגע, אך קליפת הראייה במוח עדיין מתפקדת ומחכה לקלט. כאשר שוקלים גירוי מוחי לשיקום הראייה, צריכות להיות אלפי אלקטרודות שנכנסות לשתל כדי לצבור מספיק מידע לתמונה. על ידי שליחת דחפים חשמליים באמצעות שתל לקליפת הראייה של המוח, ניתן ליצור תמונה, וכל אלקטרודה תייצג פיקסל אחד.

"התמונה הזו לא תהיה העולם כפי שמישהו עם ראייה מלאה יוכל לראות אותה. התמונה שנוצרה על ידי דחפים חשמליים תהיה כמו לוח המטריצה ​​על כביש מהיר, חלל חשוך וכמה נקודות שידלקו בהתאם למידע שניתן לך. ככל שיותר אלקטרודות 'יזינו' לתוכו, כך התמונה תהיה טובה יותר", אומרת מריה אספלונד, שהובילה את חלק הפיתוח הטכנולוגי של הפרויקט והיא פרופסור לביו-אלקטרוניקה ב- אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשוודיה.

ניתן לתאר את שתל הראייה שנוצר במחקר זה כ'חוט' עם אלקטרודות רבות הממוקמות בזו אחר זו. בטווח הארוך, תזדקק לכמה חוטים עם אלפי אלקטרודות המחוברות לכל אחד, ותוצאות המחקר הזה הן צעד מרכזי לקראת שתל כזה.

העתיד של שתלי הראייה

שתל חשמלי לשיפור הראייה אצל אנשים עם עיוורון אינו מושג חדש. עם זאת, טכנולוגיית השתלים הנחקרת כיום בחולים אנושיים היא משנות ה-90 ויש כמה גורמים שצריך לשפר, למשל, הגודל המגושם, הצטלקות במוח בגלל גודלם הגדול, חומרים שנשחקים לאורך זמן וחומרים. להיות נוקשה מדי.

על ידי יצירת אלקטרודה ממש קטנה בגודל של נוירון בודד, לחוקרים יש את הפוטנציאל להתאים הרבה אלקטרודות על שתל בודד ולבנות תמונה מפורטת יותר עבור המשתמש. השילוב הייחודי של חומרים גמישים ולא קורוזיביים הופכים את זה לפתרון לטווח ארוך עבור שתלי ראייה.

"מזעור רכיבי שתלי הראייה הוא חיוני. במיוחד האלקטרודות, מכיוון שהן צריכות להיות קטנות מספיק כדי להיות מסוגלות לפתור גירוי למספר רב של נקודות ב"אזורי הראייה של המוח". שאלת המחקר העיקרית של הצוות הייתה, 'האם אנחנו יכולים להתאים כל כך הרבה אלקטרודות על שתל עם החומרים שיש לנו ולהפוך אותו קטן מספיק וגם יעיל?' והתשובה מהמחקר הזה הייתה – כן", אומר פרופסור אספלונד.

ככל שהגודל קטן יותר, כך הקורוזיה גרועה יותר

ליצור שתל חשמלי בקנה מידה כה קטן מגיע עם האתגרים שלו, במיוחד בסביבה קשה, כמו גוף האדם. המכשול העיקרי הוא לא להפוך את האלקטרודות לקטנות, אלא לגרום לאלקטרודות קטנות כאלה להחזיק מעמד זמן רב בסביבה לחה ולחה. קורוזיה של מתכות בשתלים כירורגיים היא בעיה עצומה, ומכיוון שהמתכת היא החלק הפונקציונלי, כמו גם החלק הקורודי, כמות המתכת היא המפתח. השתל החשמלי שאספונד וצוותה יצרו ברוחב זעום של 40 מיקרומטר ועובי 10 מיקרומטר, כמו שערה מפוצלת, כאשר חלקי המתכת הם בעובי של כמה מאות ננומטרים בלבד. ומכיוון שיש כל כך מעט מתכת באלקטרודת הראייה הזעירה, היא לא יכולה 'להרשות לעצמה' להחליד בכלל, אחרת היא תפסיק לעבוד.

בעבר לא ניתן היה לפתור בעיה זו. אבל כעת, צוות המחקר יצר תערובת ייחודית של חומרים משולבים יחד, שאינם נלחמים. זה כולל פולימר מוליך כדי להעביר את הגירוי החשמלי הנדרש כדי שהשתל יעבוד, לתגובות חשמליות בנוירונים. הפולימר יוצר שכבת הגנה על המתכת והופך את האלקטרודה להרבה יותר עמידה בפני קורוזיה, בעצם שכבת הגנה של פלסטיק המכסה את המתכת.

"שילוב הפולימר-מתכת המוליך שהטמענו הוא מהפכני עבור שתלי ראייה, מכיוון שזה אומר שהם בתקווה יוכלו להישאר פונקציונליים במשך כל חיי השתל. כעת אנו יודעים שניתן ליצור אלקטרודות קטנות כמו נוירון (תא עצב) ולהשאיר אלקטרודה זו פועלת ביעילות במוח על פני פרקי זמן ארוכים מאוד, מה שמבטיח כי זה היה חסר עד עכשיו. השלב הבא יהיה יצירת שתל שיכול להיות בעל חיבורים לאלף אלפי אלקטרודות", אומר אספלונד, משהו שנחקר כעת בצוות גדול יותר בפרויקט הנמשך של האיחוד האירופי Neuraviper.

עוד על: שיטת הלימוד

השיטה יושמה על ידי משתפי המחקר במכון ההולנדי למדעי המוח, שם אומנו עכברים להגיב לדחף חשמלי לקליפת המוח החזותית. המחקר הראה שלא רק שהעכברים יכלו ללמוד להגיב לגירוי המופעל באמצעות האלקטרודות בכמה מפגשים בלבד, אלא שסף הזרם המינימלי שעבורו דיווחו עכברים על תפיסה היה נמוך יותר משתלים סטנדרטיים מבוססי מתכת. צוות המחקר דיווח עוד כי הפונקציונליות של השתל נשארה יציבה לאורך זמן, עבור עכבר אחד אפילו עד סוף תוחלת החיים הטבעית שלו.