Niewidomi widzą fosfeny

Uczeni zebrani w Chicago na dorocznej konferencji „Society for Neuroscience” zobaczyli, jakie są nadzieje na przywrócenie wzroku niewidomym. Czy zamiast wspomagającej dziś 350 ludzi protezy dającej przebłyski światła (tzw. fosfeny), liczącej 5 lat, jest szansa dla tysięcy niewidomych na rozpoznawanie obiektów i czytanie z monitora?

Historia tzw. substytucji zmysłów jest jednak znacznie dłuższa niż opowieść o wszczepieniu do oka protezy zwanej Argus II, stworzonej przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda w kalifornijskim Palo Alto i firmę Second Sight (Drugi Wzrok) w roku 2014. Argus II działa w ten sposób, że kamera zamontowana na okularach wysyła sygnały do siatki elektrod o wymiarach ok. 3 na 5 milimetrów, wszczepionej z tyłu oka, by wzbudzane tam impulsy elektryczne trafiały do nerwu wzrokowego. Proteza ta zastępuje światłoczułe komórki siatkówki, które są nieprawidłowe u ludzi cierpiących na barwnikowe zwyrodnienie siatkówki – młodzieńczą chorobę genetyczną powodującą z wiekiem całkowitą utratę wzroku. Jak przyznają sami jej twórcy, Argus II nie uwolnił żadnego ze swych użytkowników od białej laski.

Spróbujmy jednak najpierw pomyśleć o problemie szerzej niż tylko: co by tu jeszcze gdzieś wszczepić? Pytanie o to, jak realnie widzieliby świat niewidomi, którym nagle przywrócono by wzrok, jest ze swej natury nie tylko medyczne, ale i filozoficzne. Zadał je pod koniec XVII w. w prywatnym liście do Johna Locke’a irlandzki myśliciel William Molyneux, którego żona była niewidoma. Natura ludzkiego poznania – a jest ono dziedziną filozofii – nie jest trywialna. Pytanie brzmiało: „Jeśli niewidomy od urodzenia poznaje dotykiem różnice kształtów, takich jak kule i sześciany, czy gdyby przywrócono mu wzrok, byłby w stanie rozpoznać te obiekty jedynie na nie patrząc, przez odniesienie do schematów uzyskanych dawniej dzięki dotykowi?”. To było nie tylko pytanie o jakiś konkret, ale także o realne granice poznania oraz realność istnienia tego, co poznajemy.

Odpowiedź na to wielkie zagadnienie, które poruszali w swych pracach chociażby Denis Diderot czy George Berkeley, zwane do dziś w filozofii, psychologii i neurobiologii „problemem Molyneaux” przyszła niedługo potem, wraz z pierwszą operacją usunięcia katarakty. Okazało się, że bez specjalnych ćwiczeń, trwających krótko – bo ok. tygodnia – osoba, której przywrócono nigdy nieistniejący wzrok, nie jest zdolna dokonać natychmiastowej asocjacji pomiędzy tym, co „widziała” dotykiem, a tym, co widzi oczami. Także małe dziecko, choć nie rodzi się ślepe jak królik, na początku nie rozpoznaje kolorów i widzi bez głębi (czyli dwuwymiarowo) i jedynie w odległości do ok. 30 cm. Najpierw zatem „widzi” niemal wyłącznie dotykiem – i dlatego ważna jest tego typu stymulacja, te różne podwieszane na odległość ręki zabaweczki – a dopiero ok. 3-5 miesiąca życia zaczyna preferować swe coraz lepsze widzenie do eksploracji świata.

Te fakty ustalone eksperymentalnie wskazują na kilka bardzo ważnych elementów dotyczących naszego zmysłowego poznania. Po pierwsze, jeden zmysł potrafi zastąpić inny, jednak wzrok jest w tym sensie kluczowy. Nasz mózg „myśli” obrazami. Wspaniale to wyraża słowo „wyOBRAŹnia”. Dźwięki, zapachy i smaki oraz dotyk konfrontują się w naszym mózgu z „zawartością” naszej pamięci i inteligencją, dając w efekcie „percept” – koncept tego, co właśnie odebrał z przekazu rzeczywistości konkretny nasz zmysł. Mózg, w przeciwieństwie do narządu zmysłu, który po prostu jest zbudowany z konkretnych receptorowych komórek, zdolnych odbierać sygnał, może się mylić generując percept. Pomyłka „na receptorze”, niczym brak odbioru sygnału przez antenę, wynikać może jedynie z jego uszkodzenia. Natomiast pomyłka mózgu – np. złudzenie – może wynikać np. z braku lub nadmiaru stosownych odniesień czy braku treningu. Żartobliwie cytując tu inżyniera Mamonia z „Rejsu” Piwowskiego: „jak ma mi się podobać film, którego nigdy nie widziałem?”. W takiej sytuacji żaden inny podobny też nam się nie będzie oczywiście podobał.

Oznacza to, że ostatecznie i de facto widzi (słyszy, dotyka, smakuje) nasz mózg i robi to w sposób niemodalny, gdy tymczasem narządy zmysłów działają modalnie.

W konsekwencji takiego stanu rzeczy istnieją dwa podejścia badań nad tym, jak przywrócić wzrok niewidomym. Jedno jest medyczne – i tu mieści się Argus II oraz jego jeszcze mniej doskonali poprzednicy, a także znacznie bardziej doskonali następcy, o których naukowcy rozmawiali na kongresie w Chicago. To podejście jest inwazyjne i polega na operacji chirurgicznej, gdzie albo wszczepiana jest jakaś elektroniczna forma siatkówki, albo w stosownym miejscu kory mózgowej umieszcza się macierz elektrod aktywowanych przez impulsy elektryczne z mikrokamery. Operacja jest zawsze ryzykowna, a widzenie jak dotąd było ograniczone do kontrastu światła i ciemności – wspomnianych już fosfenów.

Podejście drugie jest ze swej natury psychologiczne i neurobiologiczne, co sprawia, że przede wszystkim nie jest inwazyjne. Opiera się o coraz głębiej poznawany fakt niezwykłej plastyczności mózgu. Powstające tu innowacje obejmują urządzenia, w których impulsy z kamery zastępuje stymulacja receptorów czuciowych umieszczonych na skórze. Wykorzystuje się pola na brzuchu i pod językiem, sygnałem jest pole wibrujących lub naciskających na skórę miniaturowych stymulatorów odwzorowujących widziany przez kamerę obraz.

Jak bardzo nie wydawałoby nam się to cudowne, skóra może zastąpić oko, a mechanoreceptory będą spełniać rolę fotoreceptorów, o ile nauczymy mózg podczas treningów, o co chodzi. A najcudowniejszy jest fakt, że w eksperymentach po treningu zarówno człowiek widzący, któremu zasłonimy oczy, jak i niewidomy od urodzenia, zaczną generować w mózgu TRÓJWYMIAROWE OBRAZY, które będą „widzieć przed oczami” (frontalnie, na wyciągnięcie reki), choć pobudzana będzie ich skóra, a nie siatkówka. Będą zdolni zdalnie sterować wózkiem w labiryncie, w oparciu o wskazówki dotyczące trasy będące znakami wizualnymi. Urządzenia, które im na to pozwalają, noszą nazwę tactile vision substitution systems (TVSS). To działa, ponieważ mózg niewidomych szybko adaptuje się do sytuacji zaniku bardzo istotnego narządu zmysłu i kompensuje go niezwykłą wręcz wrażliwością pozostałych, zwłaszcza dotyku.

Tak czy siak zatem, medycznie czy psychologicznie, proteza wzroku ma charakter urządzenia elektronicznego wyposażonego w mikrokamerę. I jaka by nie była – wymaga ciężkiej, ale absolutnie wykonalnej pracy mózgowej kory wzrokowej. I na to, wg sprawozdania reporterki „Science” Kelly Servick, zwracają uwagę zebrani w Chicago specjaliści od zmysłów i mózgu. Fakt że ktoś zbudował matrycę CCD z miliardów pikseli albo miniaturowe urządzenie stymulujące korę z miliona elektrod lub sztuczne siatkówki coraz idealniej mapujące trójwymiarową rzeczywistość, nie znaczy od razu, że niewidomi odzyskają pełnię widzenia. Kluczowe jest dowiedzieć się, w jaki sposób te coraz nowocześniejsze urządzenia mają się komunikować z korą mózgową, bo to ona ma coś z tych obrazów zrozumieć.

A jakie to nowe i coraz doskonalsze urządzenia? Uczeni z Palo Alto pod kierunkiem Daniela Palankera przy współpracy francuskiej firmy Pixium Vision opracowali sztuczną siatkówkę z aż 400 fotodiod. Po roku eksperymentalnego korzystania z tej protezy pięć osób cierpiących na zwyrodnienie plamki żółtej odzyskało zdolność widzenia tego, co przed nimi na stole czy sporej wielkości liter wydrukowanych lub pojawiających się na ekranie monitora. Zdolni są zatem przeczytać tytuł książki, nadal jednak jej treść jest im niedostępna. Te fotodiody można jeszcze nieco zminiaturyzować, nie tracąc jednocześnie zbytnio na sile odbieranego przez nie sygnału.

Znana nam już Firma Second Sight z kolei stworzyła implant Orion. Zbudowany z 60 elektrod jest wszczepiany wprost do kory wzrokowej, odbiera zaś sygnały z kamery na okularach, tak jak Argus II. Jego elektrody korzystają z rozwiązań elektronicznych opracowanych dla poprawy odbioru wysokości tonu dźwięku w implantach słuchowych. Po roku eksperymentalnego korzystania z tego implantu pacjenci są w stanie zauważyć biały kwadrat o boku 10 cm na czarnym tle. Są w stanie też dostrzec i wskazać kierunek ruchu białej linii po czarnym ekranie. W porównaniu z fosfenami to gigantyczna zmiana.

Tu jednak – jak już wspominałam – sama operacja niesie spore ryzyko, natomiast implant w korze może być źródłem epilepsji. Ponadto, jest jasnym, że taką implantację można przeprowadzić tylko raz, gdyż tkanka nerwowa odpowiada na obecność wszczepionych do niej elektrod klasycznym zabliźnianiem. Gdy powstanie znacznie nowocześniejszy implant, nie da się go umieścić w takiej „bliźnie” po implancie starszego typu.

Obok stymulacji elektrycznej pomysłem jest terapia genowa. Inna francuska firma, GenSight Biologics, opracowała optogenetyczną terapię, polegającą na wszczepianiu do oka pacjentów z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki nieszkodliwego wirusa z wpakowanym genem kodującym jedno z białek światłoczułych uczestniczących w procesie widzenia. Jeśli się uda – a będzie to wiadome za rok – terapia ta pozwoli odbierać tym pacjentom stymulację przez światło czerwone.

Podobnym tokiem rozumowania, pozwalającym uniknąć jak najbardziej nieszczęsnych blizn w korze mózgowej, są próby wszczepienia genu kodującego białko światłoczułe (opsynę) do neuronów, które docierają swymi zakończeniami do kory wzrokowej i zdolne są ją stymulować, są zaś umiejscowione u podstawy mózgu. Wystarczyło by w tej sytuacji umieścić stosowne urządzenie transmitujące światło z kamery na powierzchnię mózgu, tuż pod czaszką, bez konieczności penetracji w korę mózgową. Tam sygnał świetlny jest naturalnie odbierany przez przerobione metodami inżynierii genetycznej neurony. O ile zastosowany do tych manipulacji wirus zostanie zatwierdzony do zastosowań klinicznych na większa skalę, jako bezpieczny, a na to mają nadzieję neurobiolodzy z Uniwersytetu Stanowego w Nowym Jorku.

Pomysłów i konkretnych, choć jeszcze wciąż eksperymentalnych rozwiązań pojawia się na tym polu coraz więcej. A to dobrze, bo do 2050 r. ponad trzykrotnie zwiększy się na świecie liczba osób, które stracą wzrok – prognozuje raport opublikowany przez „Lancet Global Health” ponad dwa lata temu.

Źródło TVP INFO