团队理解视网膜的神经大脑沟通代码为盲人创造新颖的人工视网膜装置

(bob游戏医学Xpress)——两个威尔康奈尔医学院的研究人员已经破译一个老鼠的视网膜的神经编码和耦合信息小说假肢器官恢复视力瞎老鼠。研究人员说他们也破解了代码猴子视网膜——本质上是相同的人类,希望快速设计和测试设备,盲人可以使用。

突破,在报道美国国家科学院院刊》上(PNAS),信号一个非凡的进步在长期努力恢复视力。当前假肢为盲人用户提供点和边缘的光来帮助他们进行导航。这部小说设备提供代码恢复正常视力。代码很准确,它允许面部特征可以看出,让动物跟踪移动图像。

首席研究员,希拉Nirenberg博士计算神经学家威尔康奈尔,设想一天,盲人可以选择戴上面罩,类似于一个用于电视节目《星际迷航》。遮阳板的相机将光和使用计算机芯片把它变成一个代码,大脑可以转化为一个图像。

“这是一个令人激动的时刻。我们可以让盲人老鼠视网膜看到,我们正在尽快我们可以做同样的事情在人类中,“Nirenberg博士说,生理学和生物物理学系的教授和威尔康奈尔计算生物医学研究所。这项研究的合著者是Chethan博士Pandarinath, Nirenberg博士研究生,目前是斯坦福大学博士后研究员。

这种新方法为全世界2500万人提供希望患有失明由于视网膜疾病。因为药物疗法帮助只有一小部分的人口,假肢设备是他们最好的选择为未来的景象。“这是第一个假有潜力提供视力正常或接近正常水平,因为它包含了代码,“Nirenberg博士解释道。

发现代码

正常视力发生在光落在视网膜感光细胞的表面。然后视网膜电路处理信号的光感受器的神经冲动并将它们转换成代码。这些冲动是由视网膜的输出发送到大脑细胞,称为神经节细胞。大脑神经脉冲的理解这段代码,可以把它翻译成有意义的图像。

失明是由于疾病杀死的视网膜光感受器和破坏相关的电路,但通常情况下,在这些疾病中,视网膜的细胞免受输出。

当前假肢通常通过驾驶这些幸存的细胞。电极植入失明患者的眼睛,和他们用电流刺激神经节细胞。但这只会产生粗糙的视觉领域。

许多团体正在努力提高性能通过将更多的刺激器进入病人的眼睛。希望与更多的刺激器、神经节细胞的受损组织将被激活,和图像质量会提高。

其他研究团队正在测试使用光敏蛋白质刺激细胞的另一种方式。这些蛋白是由基因疗法引入到视网膜。曾经的眼睛,他们可以针对许多神经节细胞。

但Nirenberg博士指出,还有一个关键因素。“不仅是有必要刺激大量的细胞,但他们也必须刺激视网膜与正确的代码,代码通常使用与大脑。”

这就是作者发现,他们融入小说假肢系统。

Nirenberg博士认为,任何模式的光落在视网膜必须转化为一个通用的代码——一组方程——光模式转化为电脉冲的模式。“人们一直试图找到代码,这对于简单的刺激,但是我们知道它必须可概括的,所以它可以为任何工作——脸,风景,任何一个人看到,“Nirenberg博士说。

视觉=芯片+基因疗法

在尤里卡时刻,工作时的代码不同的原因,Nirenberg博士意识到她在做什么可以直接应用于假肢。她和她的学生,Pandarinath博士,马上去上班。他们实现“芯片”的数学方程,并把它跟一个投影仪。芯片,她称之为“编码器”将进入眼睛的图像转换成电脉冲流,然后投影仪将电脉冲转换成光脉冲。这些光脉冲驱动光敏蛋白质,在神经节细胞,发送到大脑上的代码。

整个方法是测试鼠标。研究人员建立两个假体系统——一个代码,一个没有。“合并代码产生了巨大的影响,”Nirenberg博士说。“它跳系统的性能基本正常,系统的输出有足够的信息来重建图像的面孔,动物,基本上任何我们企图。”

在一系列严格的实验中,研究人员发现,盲人老鼠视网膜产生的模式非常匹配所产生的正常老鼠的视网膜。

“这个系统工作的原因是双重的,Nirenberg博士说。“编码器——方程组能够模拟视网膜转换为范围广泛的刺激,包括自然场景,从而产生电脉冲的正常模式,和刺激器(光敏感蛋白)是能够把这些脉冲到大脑。”

“这些发现表明,构建一个高效的关键成分视网膜假体-视网膜的代码和一个高分辨率的刺激方法——现在,在很大程度上,到位,”Nirenberg博士的报告。

Nirenberg博士说她的视网膜假体需要进行人体临床试验,特别是测试基因治疗的安全组件,它提供光敏蛋白质。但她预计这将是安全的,因为类似的基因治疗载体已成功测试了其他视网膜疾病。

“这都是激动人心的,”Nirenberg博士说。“我等不及要开始把这种方法给病人。”

这项研究是由美国国立卫生研究院和康奈尔大学的计算生物医学研究所。

Drs。Nirenberg和Pandarinath假肢系统提出专利申请到康奈尔大学。