Biologie se setkává s technologií. Australští vědci testují bionické oko, kterým chtějí vracet zrak nevidomým

Australané posouvají koncept bionické vize na novou úroveň

Foto: Amanda Dalbjörn/Unsplash

Před několika týdny se pozornost celého technologického světa opět obrátila na Elona Muska a jeho projekt Neuralink. Zatímco svět oblétávaly záběry prasat, které mají v lebce zabudované malé zařízení identifikující elektrické signály z mozku, v Austrálii se chystají klinické testy bionických očí. Programu Monash University se podařilo do mozků ovcí vpravit malý čip, který má pomocí kamery vrátit zrak nevidomým.

Monash University v australském městě Melbourne je nejprestižnější univerzitou v zemi a velmi zvučné jméno má také v celosvětovém měřítku. Jeden z nejnovějších důkazů tohoto statusu nyní přichází ve formě zařízení implantovaného přímo do mozku s cílem svému nositeli obnovit schopnost vidět. Tým na projektu pracuje už více než deset let a následujícím krokem by měly být klinické testy s lidskými subjekty.

Zařízení ve formě malých destiček o 43 mikroelektrodách už za sebou mají celkem 2 700 hodin testování na trojici ovcí. Jedná se přitom o jeden z prvních dlouhodobých experimentů v takovém rozsahu a jak vysvětluje publikovaná studie, u zvířat nebyly zjištěny žádné negativní efekty. Celé technické řešení bionického zraku pojmenované Gennaris má za cíl dodávat data jako vzruchy přímo do vizuálního kontextu mozku.

monash-university-gennaris-3

Součástí Gennaris jsou brýle se zabudovanou kamerou a hardwarem pro převedení videa do impulzů srozumitelných mozku

Foto: Monash University

Lidské oči slouží jako zprostředkovatelé světelných informací, které mozek interpretuje jako vidění. V bližším popisu to znamená, že dopadající světlo v nich vyvolává komplexní chemické reakce, které jsou ultimátně převáděny na elektrické potenciály. Ty pak optický nerv přenáší do zrakových center mozku, kde jsou zpracovány jako vizuální informace.

Ačkoliv má člověk ve skutečnosti mnohem větší počet smyslů než standardně zmiňovaných pět, zrak je stále jedním z nejdůležitějších. Jeho ztráta nebo výrazné poškození tak má naprosto zásadní vliv na život, zvlášť v dnešním světě plném vizuálních médií. Podle dostupných dat Světové zdravotnické organizace (WHO) trpí velice špatným zrakem asi 246 milionů lidí, slepotou pak globálně až 39 milionů lidí.

Sice existují případy, kdy lidé mají správně fungující oči, a přesto říkají, že nevidí, jedná se však o velice malé procento populace s problémy se zrakem. Ve většině případů jsou na vině zhoršeného vidění a slepoty chyby či poruchy přímo v oku, ať už vycházející z genů, nemocí nebo mechanického poškození. Stejně tak řešení těchto poruch bývají mechanická (brýle a operace) nebo chemická (medikace). Značná část případů je i neléčitelná.

Bionická vize

Řešení vyvíjené na australské univerzitě má, alespoň z technologického hlediska, potenciál pomoci naprosté většině z těchto případů. Zrak totiž zcela nahrazuje od momentu, kdy paprsky světla dopadají na rohovku, až do bodu, kdy elektrický vzruch doráží do zrakových center v mozku.

Zařízení Gennaris získává vizuální informace z kamery zabudované do brýlí. Pomocí vlastní procesorové jednotky je následně zpracovává do formy elektrických impulzů a bezdrátově je odesílá do destiček implantovaných v mozku. Ty prostřednictvím desítek elektrod tenčích než lidský vlas stimulují příslušnou část mozku, který se signály postupně naučí interpretovat jako zraková data.

monash-university-gennaris-1

Destičky zařízení Gennaris implantované do mozku

Foto: Monash University

Podobně jako v případě Neuralinku se také zde z velké části pracuje s technologiemi známými z chytrých telefonů, jen jsou používány pro velice specifický případ. O zpracování dat z kamer se tak stará malý čip opatřený speciálně navrženým softwarem. Ve výsledku se pak skutečně jedná o bionickou vizi, kombinující biologii s technologií.

Současná podoba Gennaris má ale stále daleko k postavám z Ghost in the Shell nebo Cyberpunku, takže budoucím nositelům prozatím nenabídne zrak odpovídající zdravému člověku. „Náš design generuje vizuální schéma podle kombinací až 172 bodů světla (fosfénů), což nositeli poskytne informace pro orientaci ve vnitřních i venkovních prostorách a umožní rozeznávat přítomnost lidí a objektů kolem něj,“ vysvětluje profesor z Monash University Arthur Lowery.

Už dříve se objevilo několik dalších pokusů o navrácení vizuálních vjemů nevidomým, většina řešení se ale soustředí specificky na lidi s pigmentovou retinitidou, genetickou poruchou způsobující postupnou ztrátu funkce sítnice. Gennaris by oproti tomu byl aplikovatelný v mnohem širším záběru a podle výzkumného týmu by do budoucna mohl s malými modifikacemi fungovat i jinde.

Elektrickou stimulací mozku k léčbě deprese

„V případě úspěchu se tým z MVG (Monash Vision Group) zaměří na vytvoření komerční firmy navracející zrak lidem s neléčitelnou slepotou a pohyblivost rukou lidem paralyzovaným kvadruplegií,“ říká Dr. Philip Lewis, který na projektu pracuje.

Dr. Yan Wong z biomedicínského institutu Monash Univerzity pak dodává, že se chystá i další rozšíření aplikace vyvíjených řešení: „Komercializace technologie pro bionickou vizi dobře zapadá do našich plánů zkoumat možné použití mimo zrak a poranění míchy. Kandidáty jsou například zmírnění epilepsie a deprese, protézy ovládané mozkem a obnova jiných důležitých smyslů.“

monash-university-gennaris-tile

Každá z destiček pro implantování do mozku obsahuje 43 mikroelektrod

Foto: Monash University

Momentálně ovšem univerzita hledá investory, kteří by jí pomohli financovat klinické testy bionického zraku. Ty ověří, jestli zařízení správně funguje, zda ho mohou lidé dlouhodobě používat, a v neposlední řadě také reakce od pacientů bez kompletní ztráty zraku. Jednalo by se přitom o první řešení tohoto typu.

Podobnou aplikaci jako Gennaris slibuje také Muskův Neuralink, jehož ambice zároveň sahají mnohem dále, ultimátně až po radikálně futuristickou komunikaci člověka s umělými inteligencemi. Tato technologie je ale na úplném začátku, kdy nedokáže o mnoho více než detekovat elektrické signály v mozku. Například lingvista, kognitivní vědec a filozof z univerzity MIT Noam Chomsky označil koncept Neuralinku za v dohledné době zcela nerealizovatelný.

Uznává možnost podobné zařízení používat například pro obnovu zraku, motorických funkcí nebo velice základní interakci mozku s počítačem. Mezi tím a „čtením myšlenek“ je ale velká propast, zejména proto, že lidé stále ani zdaleka nerozumí, jak v mozku lidské myšlení funguje. „Není možné vyvinout technologii, která by například dokázala zjistit, na co myslím, protože nevíme, kterým směrem se v této oblasti vydat,“ řekl.

musk-neuralink

Neuralink, ambiciózní projekt Elona Muska

Foto: TED Conference/Neuralink

Méně vědecko-fantastické plány naproti tomu proveditelné jsou a je jen otázka, do jaké míry sofistikovanosti je vědci dokážou dovést. Projekt Monash University má ve srovnání s Muskovým startupem mnohonásobně menší prostředky, v současnosti je ale díky delšímu výzkumu blíže funkčnímu produktu. Zdaleka se přitom nejedná o jediné příklady v dané oblasti.

Před několika měsíci například univerzita Baylor College of Medicine v americkém Houstonu publikovala vědeckou práci popisující něco podobného jako Gennaris. Zařízení využívající mikroelektrody pro přímou stimulaci různých mozkových center se vyvíjejí také na mnoha dalších pracovištích. Už na konci roku 2018 se objevil první výzkum spojující elektrickou stimulaci laterální orbitofrontální kůry mozku se zmírněním symptomů deprese.

Student filozofie a filmových studií, fanoušek vědy, umění a moderních technologií.