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Décoder l'œil humain
Les rétines artificielles font déjà l'objet d'essais cliniques humains à l'Université de Californie du Sud, où elles ont aidé des patients aveugles à distinguer les murs des portes et même à regarder des matchs de football, bien que sous forme de flou de mouvement. Mais pour se rapprocher de la vision normale – et éventuellement permettre aux gens de lire – il faudra des appareils capables de fournir du courant électrique avec un contrôle et une précision beaucoup plus grands. Une nouvelle puce densément remplie d'électrodes, développée par des scientifiques de l'Université de Californie à Santa Cruz (UCSC), est le premier pas dans cette direction.
Banc d'essai : Un réseau de 512 électrodes (cercle doré), inspiré des détecteurs utilisés pour capturer des particules en physique des hautes énergies, aide à déchiffrer le code neuronal de la rétine. Les résultats aideront à la conception de futures prothèses rétiniennes.
Actuellement utilisée dans la recherche, la puce peut stimuler et enregistrer à partir de cellules individuelles dans des échantillons de rétine. La technologie fournira un aperçu de la façon dont la rétine code les informations et comment imiter ce codage - des leçons qui seront cruciales pour développer la prochaine génération d'implants rétiniens. Plus tard, une version de la technologie pourrait être utilisée pour envoyer des informations visuelles par le nerf optique.
La rétine est un appareil de traitement de l'information visuelle très sophistiqué, dit Alan Litke , un physicien à l'UCSC qui applique son expertise à la neurobiologie. Pour qu'un patient humain s'approche un jour d'un fonctionnement visuel normal, comme la lecture, vous devez avoir un niveau de contrôle très précis.
La rétine est une fine couche de cellules à l'arrière de l'œil ; les cellules photoréceptrices de la rétine détectent la lumière et envoient des signaux aux cellules ganglionnaires rétiniennes, qui les transmettent ensuite au cerveau par le nerf optique. Dans la dégénérescence maculaire et la rétinite pigmentaire, deux principales causes de cécité, les cellules photoréceptrices sont endommagées, mais les cellules ganglionnaires rétiniennes restantes restent en grande partie intactes. Les rétines artificielles, qui s'appuient sur une caméra externe pour capturer des informations visuelles, se composent d'un processeur qui traduit ces informations en un code électrique intelligible pour les cellules nerveuses de l'œil, et d'une puce parsemée de minuscules électrodes qui transmettent les signaux électriques à la rétine. cellules ganglionnaires.
Multimédia
Visualisez des images d'une rétine artificielle et son effet sur la vision.
Litke et ses collaborateurs ont modelé leur puce d'après les détecteurs de micropuces en silicium qui bordent les supercollisionneurs pour capturer les signes de particules subatomiques insaisissables à haute énergie, telles que le boson de Higgs. À l'aide de techniques courantes de fabrication de circuits intégrés, les chercheurs ont construit sur mesure plus de 500 électrodes et amplificateurs sur une petite bande de verre. Il existe d'autres systèmes commerciaux d'enregistrement multi-électrodes, mais l'équipe de l'UCSC a vraiment fait avancer la technologie en proposant un système capable d'enregistrer beaucoup plus de réponses neuronales, explique Matt McMahon, scientifique à Seconde vue , la société basée à Sylmar, en Californie, qui développe les prothèses rétiniennes utilisées dans l'étude USC. Second Sight utilise le dispositif de Litke pour éclairer la conception des futures prothèses. L'appareil de première génération de la société comportait 16 électrodes, l'appareil de deuxième génération actuellement en essai sur l'homme en a 60 et une version à 200 électrodes est en cours de développement. (Voir Implant rétinien de nouvelle génération.)
Avec le dispositif UCSC, les scientifiques peuvent contrôler avec précision les cellules ganglionnaires rétiniennes individuelles, une capacité qui sera la clé des implants de prochaine génération. L'une des raisons pour lesquelles les prothèses actuellement testées sur l'homme ont une résolution limitée est qu'elles stimulent des centaines de cellules simultanément. (Le diamètre des électrodes est d'un ordre de grandeur supérieur à celui de la plupart des cellules.) Les électrodes de cinq micromètres de diamètre de la puce de Litke sont comparables à la taille des cellules ganglionnaires rétiniennes, leur permettant de stimuler des cellules individuelles. Les chercheurs ont précédemment montré qu'ils pouvaient contrôler simultanément plusieurs cellules avec une version à 60 électrodes de la puce, et ils développent une version avec 512 électrodes.
Maintenant que les scientifiques ont créé une technologie avec un niveau de contrôle aussi précis, ils l'utilisent pour étudier le langage de la rétine, un langage qu'ils espèrent que les prothèses pourront finalement parler. Si la rétine est souvent assimilée à une caméra, elle est en réalité bien plus compliquée. Les signaux lumineux sont capturés et traités dans la rétine ; les séquences de bouffées électriques envoyées au cerveau par les différents types distincts de cellules ganglionnaires de la rétine codent différents aspects du champ visuel, tels que le mouvement, les schémas spatiaux, la couleur. Les prothèses actuelles utilisent un code simplifié et perdent ainsi des informations, tout comme le code Morse perd les intonations nuancées de la parole et les expressions faciales du locuteur. Quels sont les modèles qui imitent vraiment ce que ferait la rétine saine ? demande Alexander Sher, chercheur adjoint à l'UCSC qui collabore avec Litke. Si vous arrivez au point où vous pouvez stimuler des cellules individuelles et que vous savez comment les cellules individuelles codent les informations, vous pouvez simuler cela exactement, ou presque.
Les scientifiques de Second Sight affirment que les leçons tirées de ces études seront cruciales pour le développement de prothèses de prochaine génération. Mais transformer l'appareil des chercheurs de l'UCSC en un implant adapté à l'œil humain sera un défi. De nombreuses considérations techniques nous empêchent de passer à des électrodes vraiment minuscules, explique McMahon. Cela nécessitera de nouveaux développements dans les domaines de l'électronique, de l'emballage et des logiciels.