هم‌اکنون سی و دو میلیون نفر از جمعیت جهان، نابینا هستند. علت نابینایی حدود دو تا چهار میلیون نفر از نابینایان، نبود سلول‌های حساس به نور در شبکیه چشم آن‌ها است. یکی از درمان‌های امیدبخش برای این نوع از نابینایی، کاشت ایمپلنت چشمی است. در ایمپلنت چشمی، تعدادی الکترود به صورت الکتریکی سلول‌های شبکیه را تحریک می‌کنند. پژوهشگران دانشگاه EPFL، نوع جدیدی از ایمپلنت شبیکیه‌ی چشم را توسعه داده‌اند که به طور جزیی میدان دید افراد نابینا را باز‌ می‌گرداند و کیفیت زندگی آن‌ها را بهبود می‌بخشد.

دیه‌گو گتسی (Diego Ghezzi) استاد مهندسی اعصاب دانشگاه EPFL بر این باور است که ایمپلنت‌های چشمی رایج، نتیجه‌ی رضایت‌بخشی ندارند و افرادی که چنین ایمپلنت‌هایی دارند در واقع هنوز نابینا هستند. برای یک زندگی طبیعی میدان دید فرد باید حداقل ۴۰ درجه باشد. این در حالی است که ایمپلنت‌های موجود برای افراد نابینا، تنها میدان دید ۲۰ درجه فراهم می‌کنند. پژوهشگران آزمایشگاه مهندسی اعصاب (LNE) در دانشگاه EPFL ایمپلنت بی‌سیم از جنس مواد انعطاف‌پذیر تولید کردند که دارای پیکسل‌های فوتوولتاییک است. انتظار می‌رود ایمپلنت جدید، برای فرد نابینا میدان دید ۴۶ درجه با وضوح بالاتر فراهم کند. نتیجه‌ی این پژوهش در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.

ساختار ایمپلنت‌های معمولی

ایمپلنت‌های موجود شامل شبکه‌ای از الکترودها هستند که به صورت مستقیم روی شبکیه‌ی چشم قرار می‌گیرند. ایمپلنت چشمی از طریق سیم، به یک عینک و دوربین و ریزرایانه‌ی قابل حمل متصل است. دوربین، تصاویری را که در میدان دید فرد نابینا قرار می‌گیرد ثبت و به رایانه ارسال می‌کند. این تصاویر به صورت سیگنال‌های الکتریکی به الکترودها منتقل می‌شوند. الکترودها نورون‌های شبکیه را که به آن سلول‌های گانگلیون شبکیه (RGC) نیز گفته می‌شود، تحریک می‌کنند. این تحریک بر اساس الگوی نور آشکار شده در میدان دید فرد نابینا انجام می‌شود. فرد نابینا که دارای ایمپلنت است باید یاد بگیرد که چگونه حس دیداری خود را تفسیر کند تا تصاویر موجود در میدان دید خود را ببیند. هرچه الگوی نوری دقیق‌تر و بیشتر باشد تشخیص تصویر توسط فرد نابینا آسان‌تر خواهد بود.

ساختار ایمپلنت دانشگاه EPFL

ایمپلنت چشمی جدید دانشگاه EPFL، همانند ایمپلنت‌های موجود از مجموعه‌ای از الکترودها و عینک و دوربین تشکیل شده است. با این تفاوت که این ایمپلنت چشمی، بی‌سیم است. ایمپلنت جدید سطح بزرگتری دارد تا میدان دید گسترش یابد و کیفیت تصویر بهتر شود. از سوی دیگر، سطح بزرگتر ایمپلنت باعث می‌شود تعداد سلول‌های شبکیه بیشتری از طریق پیکسل‌های فوتوولتاییک تحریک شوند. Laura Ferlauto پژوهشگر آزمایشگاه مهندسی عصبی LNE بیان می‌کند که ایمپلنت چشمی جدید، میدان دید وسیع‌تری برای فرد نابینا فراهم می‌کند. ایمپلنت‌های معمولی تنها سلول‌های مرکزی شبکیه را تحریک می‌کنند. هرچه تعداد پیکسل‌های فوتوولتاییک بیشتر شود، تصاویر با وضوح بیشتر مشاهده می‌شوند.

رفع محدودیت‌های جراحی با ایمپلنت جدید

تاکنون اندازه‌ی ایمپلنت‌های کاشتنی چشم بر اساس طول برش جراحی در چشم محدود می‌شد. برش جراحی باید تا اندازه‌ی ممکن کوچک باشد تا به بافت‌ها آسیب نزند. برای رفع چنین مشکلی، پژوهشگران از مواد بسیار انعطاف‌پذیر در ایمپلنت چشمی استفاده کردند. این روش باعث می‌شود تا ایمپلنت خم شود. بنابراین حتی با برش کوچک روی چشم می‌توان از ایمپلنت بزرگتر استفاده کرد. مواد پلیمری مورد استفاده در ایمپلنت چشمی شفاف و غیرسمی هستند. از آن‌جا که ایمپلنت قابل انعطاف است قادر است روی انحنای چشم قرار گیرد و سطح تماس بیشتری با سلول‌های گانگلیون شبکیه داشته باشند.

پیکسل‌های فوتوولتاییک و ایمپلنت چشمی بی‌سیم

دانشمندان با جایگزین کردن پیکسل‌های فوتوولتاییک به جای الکترودها توانستند ایمپلنت بی‌سیم تولید کنند. بر خلاف الکترودها، پیکسل‌های فوتوولتاییک نیازی به منبع خارجی انرژی ندارند و خودشان جریان الکتریکی تولید می‌کنند. در واقع، پیکسل‌های فوتوولتاییک از جنس سلول‌های خورشیدی هستند. نوری که توسط دوربین از تصویر موجود در میدان دید گرفته می‌شود نیازی نیست که به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل شوند بلکه در راستای شناسایی و آشکارسازی آن توسط پیکسل‌های فوتوولتاییک باید تقویت شود. گفتنی است که پیکسل‌ها تنها به سیگنال‌های نوری با طول موج و طول زمانی و شدت نور معین واکنش نشان می‌دهند. نور طبیعی به تنهایی کافی نیست. یکی دیگر از ویژگی‌های مثبت پیکسل‌های فوتوولتاییک، فضای اشغالی کمتر نسبت به الکترودها است. در نتیجه، تعداد بیشتری پیسکل روی ایمپلنت قرار می‌گیرد و میدان دید و وضوح تصویر را برای فرد نابینا بهبود می‌دهد.

در دور نخست آزمایش‌ها، ثابت شد که ایمپلنت غیرسمی است و میدان دید و وضوح تصویر را افزایش می‌دهد. در دور دوم آزمایش‌ها، عوامل دیگر مانند رفتار پیسکل‌ها و مدت زمانی که ایمپلنت باقی می‌ماند، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نکته‌ی دیگر چگونگی سازگاری افراد با ایمپلنت است چرا که روش جدید دیدن محیط با دید طبیعی بسیار متفاوت است.