Các nghiên cứu này được thực hiện tại Trường Y khoa Keck của USC, Mỹ. Nghiên cứu phát triển các tín hiệu có thể mang lại thị lực màu sắc và cải thiện độ rõ ràng cho bộ phận giả dành cho người mù.
Hiện nay có hàng triệu người phải đối mặt với việc mất thị lực do các bệnh thoái hóa ở mắt. Chỉ riêng bệnh viêm võng mạc sắc tố do rối loạn di truyền đã ảnh hưởng đến 1 trong 4.000 người trên toàn thế giới.
Ngày nay, công nghệ đã có thể hỗ trợ việc cung cấp thị lực một phần cho những người mắc hội chứng đó. Argus II, bộ phận giả võng mạc đầu tiên trên thế giới, tái tạo một số chức năng của một phần mắt cần thiết cho thị lực, để cho phép người dùng nhận biết chuyển động và hình dạng.
Trong khi lĩnh vực sản xuất bộ phận giả võng mạc vẫn còn sơ khai, đối với hàng trăm người dùng trên toàn cầu, “mắt sinh học” đã làm phong phú thêm cách họ tương tác với thế giới hàng ngày.
Tuy nhiên, đây mới chỉ là sự khởi đầu. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm những cải tiến trong tương lai của công nghệ này, với mục tiêu đầy tham vọng.
Gianluca Lazzi, Giáo sư Nhãn khoa và Kỹ thuật Điện tại Trường Y khoa Keck của USC và Trường Kỹ thuật USC Viterbi cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi hiện nay là phát triển các hệ thống thực sự bắt chước sự phức tạp của võng mạc.”
Ông và các đồng nghiệp USC của mình đã đạt đượcu tiến bộ bằng một cặp nghiên cứu gần đây bằng cách sử dụng một mô hình máy tính tiên tiến về những gì xảy ra trong võng mạc. Mô hình đã được kiểm chứng thực nghiệm của họ tái tạo hình dạng và vị trí của hàng triệu tế bào thần kinh trong mắt, cũng như các đặc tính vật lý và mạng liên quan đến chúng.
Lazzi, đồng thời là Giáo sư kỹ thuật Fred H. Cole và là giám đốc của Viện Công nghệ và Hệ thống Y tế USC cho biết: “Những thứ mà trước đây chúng ta không thể nhìn thấy, giờ đây chúng ta có thể mô hình hóa. Chúng ta có thể bắt chước hành vi của hệ thống thần kinh, có thể thực sự hiểu tại sao hệ thần kinh lại làm những gì nó làm."
Tập trung vào các mô hình tế bào thần kinh truyền thông tin thị giác từ mắt đến não, các nhà nghiên cứu đã xác định các cách có khả năng tăng độ rõ nét và cấp thị giác màu cho các thiết bị giả võng mạc trong tương lai.
Khi ánh sáng đi vào mắt khỏe mạnh, thủy tinh thể sẽ tập trung ánh sáng vào võng mạc, ở phía sau của mắt. Các tế bào được gọi là cơ quan thụ cảm quang chuyển ánh sáng thành các xung điện được xử lý bởi các tế bào khác trong võng mạc. Sau khi xử lý, các tín hiệu được truyền đến các tế bào hạch, chúng cung cấp thông tin từ võng mạc đến não thông qua các đuôi dài, được gọi là sợi trục, được bó lại với nhau để tạo nên dây thần kinh thị giác.
Các tế bào tiếp nhận và xử lý ánh sáng chết đi trong các bệnh thoái hóa về mắt. Tế bào hạch võng mạc thường duy trì chức năng lâu hơn; Argus II truyền tín hiệu trực tiếp đến các tế bào đó.
Một bệnh nhân được cấy ghép mắt nhỏ với một dãy điện cực. Các điện cực đó được kích hoạt từ xa khi một tín hiệu được truyền từ một cặp kính đặc biệt có camera trên chúng. Các mẫu ánh sáng do máy ảnh phát hiện sẽ xác định các tế bào hạch võng mạc nào được kích hoạt bởi các điện cực, gửi tín hiệu đến não dẫn đến nhận biết hình ảnh đen trắng bao gồm 60 điểm.
Trong một số điều kiện nhất định, một điện cực trong mô cấy sẽ kích thích ngẫu nhiên các sợi trục của tế bào lân cận mục tiêu của nó. Đối với người sử dụng mắt sinh học, sự kích thích các sợi trục không đúng mục tiêu này dẫn đến nhận thức về một hình dạng thuôn dài thay vì một dấu chấm. Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Giao dịch IEEE về Hệ thống thần kinh và Kỹ thuật phục hồi chức năng , Lazzi và các đồng nghiệp của ông đã triển khai mô hình máy tính để giải quyết vấn đề này.
“Bạn muốn kích hoạt tế bào này, nhưng không kích hoạt sợi trục lân cận,” Lazzi nói. "Vì vậy, chúng tôi đã cố gắng thiết kế một dạng sóng kích thích điện nhắm mục tiêu chính xác hơn vào tế bào."
Ngoài khả năng bổ sung tầm nhìn màu sắc cho mắt sinh học, một nghiên cứu khác đã mã hóa màu sắc có thể được kết hợp với trí tuệ nhân tạo trong những tiến bộ trong tương lai dựa trên các yếu tố đặc biệt quan trọng trong môi trường xung quanh của một người.
