Ce que c'est de revoir avec une rétine artificielle

Elias Konstantopoulos a un aperçu inégal du monde chaque jour pendant environ quatre heures, ou aussi longtemps qu'il quitte son Argus II prothèse de rétine allumée. Le résident du Maryland, âgé de 74 ans, a perdu la vue à cause d'une maladie rétinienne progressive il y a plus de 30 ans, mais est capable de percevoir certaines choses lorsqu'il active le système de vision bionique.

Vision bionique : Cet implant photosensible développé par l'allemand Retina Implant contient 1 500 photodiodes.

Je peux voir si tu es devant moi, et si tu essaies de t'en aller, dit-il. Ou, si je regarde un grand arbre avec le système allumé, je peux peut-être voir de l'obscurité et s'il fait clair dehors et que je bouge la tête vers la gauche ou la droite, je peux voir différentes ombres qui me disent qu'il y a quelque chose là-bas. Il n'y a aucun moyen de savoir ce que c'est, dit Konstantopoulos.

Une caméra montée sur lunettes capture des données d'image pour Konstantopoulos ; ces données sont ensuite traitées par un mini-ordinateur porté sur une sangle et envoyées à un réseau de 60 électrodes de stimulation neuronale qui a été implanté sur l'une de ses rétines en 2009.

Près de 70 personnes dans le monde ont subi la chirurgie de trois heures pour l'implant rétinien, qui a été développé par la Californie Seconde vue et approuvé pour une utilisation en Europe en 2011 et dans le États-Unis plus tôt cette année (voir Implant oculaire bionique approuvé pour les patients américains). Il s'agit du premier implant de restauration de la vision vendu aux patients.

Actuellement, le système n'est approuvé que pour les patients atteints de rétinite pigmentaire, une maladie oculaire dégénérative qui frappe une personne sur 5 000 dans le monde entier, mais il est possible que l'Argus II et d'autres rétines artificielles en développement puissent fonctionner pour les personnes atteintes de dégénérescence maculaire liée à l'âge, qui affecte une personne sur 2000 dans les pays développés. Dans ces conditions, les cellules photoréceptrices de l'œil (communément appelées bâtonnets et cônes) sont perdues, mais le reste de la voie neuronale qui communique les informations visuelles au cerveau est souvent encore viable. Les rétines artificielles dépendent de ce circuit restant et ne peuvent donc pas fonctionner pour toutes les formes de cécité.

De nombreux groupes à travers le monde travaillent sur des systèmes de vision bionique pour remplacer les photorécepteurs perdus. La plupart utilisent une caméra qui communique avec une puce implantée, mais le nombre d'électrodes dans la puce et la profondeur à laquelle la puce est placée à l'intérieur de la rétine varient. D'autres encore évitent l'appareil photo pour les diodes photosensibles dans la puce.

société allemande Implant de rétine , par exemple, a récemment terminé des tests humains avec son implant de 1 500 pixels qui ne dépend pas d'une caméra mais qui récolte directement la lumière et transmet ces données aux neurones restants (voir Microchip restaure la vision ). Une barrette de photodiodes remplace les photorécepteurs.

Vue dominante : California's Second Sight a développé le système Argus II, qui envoie les données d'images capturées par une caméra montée sur lunettes à un implant de rétine.

Certaines personnes ayant une rétine artificielle peuvent lire de grosses lettres, voir des voitures lentes ou identifier la vaisselle. Les autres patients ne ressentent aucun bénéfice. La variation peut être attribuée dans certains cas à l'emplacement exact du réseau de stimulation des neurones dans la rétine fine comme du papier de soie ainsi qu'à l'état des neurones et des voies restants dans l'œil de chaque individu. La capacité des gens à apprendre à utiliser l'appareil et à recycler leur cerveau est également importante.

Les patients scanneront leur environnement et utiliseront leur mémoire pour reconstruire ce qu'ils voient, dit Raymond Iezzi , un clinicien-chercheur qui pratique des chirurgies rétiniennes à la Mayo Clinic à Rochester, Minnesota. Il compare la stratégie de numérisation au fait de faire glisser un pinceau sur une peinture. Les patients doivent remplir les blancs pour connecter l'entrée visuelle à un lexique de noms, et cela nécessite une quantité importante de capacités cognitives, explique Iezzi.

Au mieux, le niveau de vision actuel est très pixelisé. Ce que l'on voit, ce sont des éclats de lumière appelés phosphènes. Ce n'est pas vraiment une vision naturaliste, dit Iezzi. Second Sight indique que le niveau d'acuité visuelle avec son Argus II est de 20/1 260 et Retina Implant affirme que la meilleure acuité visuelle obtenue avec son appareil est de 20/1 000. À titre de comparaison, la vision normale est de 20/20 et le seuil de cécité légale aux États-Unis est de 20/200 (ce qui indique qu'une personne peut voir un objet à 20 pieds de distance qu'une personne ayant une vision normale peut voir à 200 pieds de distance).

C'est pas restaurer la vision comme toi et j'y pense, c'est restaurer la mobilité, dit Stéphane Rose , directeur de recherche pour la Fondation Fighting Blindness. Ils offrent un contraste pour que quelqu'un puisse voir une différence entre la lumière et l'obscurité au point de pouvoir dire comment franchir une porte, dit-il. C'est vraiment le début.

Les prothèses rétiniennes sont au stade où les implants cochléaires étaient il y a 30 ans, selon Anthony Burkitt , Directeur de Bionic Vision Australie , un consortium de chercheurs développant un système d'implant rétinien. Cette technologie est passée d'une aide à la lecture labiale au point où les enfants porteurs d'un implant cochléaire peuvent désormais aller à l'école normale et même utiliser des téléphones portables, explique Burkitt. Avec les implants rétiniens, nous savons maintenant qu'ils présentent des avantages cliniques pour les patients, et je pense que nous allons voir cette technologie se développer très rapidement au cours de la prochaine décennie.

Les experts s'accordent à dire qu'une façon d'améliorer la vision conférée par ces systèmes est d'ajouter des électrodes plus stimulantes. Second Sight, par exemple, prévoit de passer de 60 à 240 électrodes dans un futur modèle.

Mais des milliers de pixels seront probablement nécessaires pour la reconnaissance faciale et d'autres tâches visuelles détaillées, et de nombreuses technologies de rétine artificielle auront du mal à atteindre un si grand nombre de pixels car elles dépendent de fils, dit Daniel Palanker , biophysicien à l'Université de Stanford. Les fils sont utilisés pour connecter une alimentation électrique aux électrodes, ce qui nécessite une intervention chirurgicale pour établir la connexion à travers le globe oculaire. Pour éviter cette limitation, Palanker et ses collègues développent un système sans fil qui transmet les données d'image capturées par une caméra vidéo à une puce photovoltaïque dans l'œil. Au lieu de transmettre la lumière visible à la puce, son système utilise une lumière proche infrarouge qui est transmise à des réseaux flexibles de petits pixels dans la rétine. L'équipe a testé le système sur des rats aveugles et travaille maintenant avec une entreprise pour tester le dispositif sur des patients.

Mais même des milliers de pixels sont loin d'un million, ce qui est à peu près ce que nous avons dans l'œil naturel, dit Shawn Kelly , ingénieur électricien à l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh. Et même à cela, il y a beaucoup de traitement que la rétine fait que nous allons sauter avec une rétine artificielle.

Lorsque les photorécepteurs détectent la lumière, ils convertissent ces informations en signaux chimiques qui stimulent d'autres types de neurones qui traitent le mouvement, la couleur et d'autres détails des signaux, puis transmettent les informations au nerf optique, qui se connecte au cerveau. Selon l'endroit où les réseaux de stimulation sont placés, les rétines artificielles laisseront de côté une ou plusieurs couches de traitement de l'information.

La façon dont nous interagissons avec le système nerveux est fonctionnelle, mais ce n'est pas naturel, dit Kelly. Je pense qu'il va falloir beaucoup de temps pour développer des moyens d'obtenir une meilleure vision, et je ne pense pas que ce sera jamais tout à fait naturel.

Pourtant, le cerveau est remarquablement adaptable et peut apprendre à traiter même des informations étrangères. Nous comptons sur la plasticité cérébrale pour réapprendre ce nouveau langage de stimulation et offrir une vision raisonnable, explique Palanker. L'assurance qu'il s'agit d'une hypothèse raisonnable vient du domaine des implants cochléaires.

Les personnes ayant une rétine artificielle obtiennent une meilleure vision au fil du temps. Tim Reddish, un habitant de Nottingham, en Angleterre, âgé de 55 ans, qui a perdu la vue en raison d'une rétinite pigmentaire, s'est fait implanter un appareil Retina Implant en novembre et a obtenu des résultats impressionnants au cours des mois qui ont suivi. Il prévoit que ses capacités continueront de s'améliorer. Dans le laboratoire, Reddish, un ancien nageur paralympien médaillé d'or, dit qu'il peut identifier les couverts et la verrerie, et même lire l'heure sur une horloge à contraste élevé. À l'extérieur, dit-il, il peut détecter les lignes d'immeubles aux portes vitrées et les phares des voitures lentes la nuit. Il espère que l'été prochain, un soleil plus brillant au Royaume-Uni et une pratique continue l'aideront à mieux voir.

L'acuité visuelle n'est pas le seul défi pour ces appareils. Les puces dures à base de silicium sont placées dans un tissu extrêmement délicat qui fait partie d'un orbe en mouvement rempli de fluide. Les copeaux peuvent glisser hors de leur place. De plus, les dispositifs implantés doivent survivre aux conditions difficiles du corps pendant des années sans nuire à leurs utilisateurs. Nous n'allons pas connaître la sécurité à très long terme avant des années, dit Rose.

Bien que l'approche de la vision naturelle soit l'objectif de nombreux chercheurs développant des rétines artificielles, certains envisagent un monde de lumière plus large. Certaines caméras fonctionnent dans des longueurs d'onde que même les humains ne voient pas, donc potentiellement, vous pourriez avoir des patients aveugles utilisant [un système Second Sight] pour voir des choses que d'autres ne peuvent pas, explique Brian Mech, vice-président du développement commercial chez Second Sight. Cette société travaille également sur une idée qui renoncerait à la stimulation rétinienne pour une stimulation directe du cortex visuel, la région du cerveau qui traite les images. Au lieu de ne pouvoir traiter que les dégénérescences rétiniennes externes, nous pourrions essentiellement traiter la cécité quelle qu'en soit la cause, explique Mech.

En attendant, les chercheurs continueront de peaufiner les systèmes, en essayant de redonner plus de vision à ceux qui l'ont perdue, et des patients comme Konstantopoulos sont impatients de voir leurs progrès. Même cette ombre que je peux voir devant moi, qu'il s'agisse d'une personne ou de n'importe quoi d'autre, est quelque chose à partir de rien, dit Konstantopoulos. Cela vous fait sentir et espérer que quelque chose de mieux arrive bientôt.

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