 |
| Dua peneliti telah memecahkan kode saraf retina tikus dan ditambah informasi ini ke perangkat prostetik baru untuk memulihkan penglihatan pada tikus buta. Para peneliti mengatakan mereka juga telah memecahkan kode untuk retina monyet - yang pada dasarnya identik dengan manusia - dan berharap untuk segera merancang dan menguji sebuah perangkat yang manusia buta dapat digunakan. (Kredit: © Delphimages / Fotolia) |
ScienceDaily (14 Agustus 2012) - Dua peneliti di Weill Cornell Medical College telah memecahkan kode saraf retina tikus dan ditambah informasi ini ke perangkat prostetik baru untuk memulihkan penglihatan pada tikus buta. Para peneliti mengatakan mereka juga telah memecahkan kode untuk retina monyet - yang pada dasarnya identik dengan manusia - dan berharap untuk segera merancang dan menguji sebuah perangkat yang manusia buta dapat digunakan.
Terobosan yang dilaporkan dalam Prosiding National Academy of Sciences (PNAS), menandakan suatu kemajuan luar biasa dalam upaya lama untuk memulihkan penglihatan. Prostetik saat ini memberikan pengguna buta dengan bintik-bintik dan tepi cahaya untuk membantu mereka menavigasi. Perangkat baru menyediakan kode untuk memulihkan penglihatan normal. Kode ini begitu akurat sehingga dapat memungkinkan fitur wajah yang harus dipahami dan memungkinkan hewan untuk melacak gambar yang bergerak.
Peneliti utama, Dr Sheila Nirenberg, ahli syaraf komputasi di Weill Cornell, membayangkan hari ketika buta dapat memilih untuk memakai helm, mirip dengan yang digunakan pada acara televisi Star Trek. Kamera visor akan menerima cahaya dan menggunakan chip komputer untuk mengubahnya menjadi kode bahwa otak dapat diterjemahkan ke dalam gambar.
"Ini waktu yang menarik Kita bisa membuat retina tikus buta melihat,. Dan kita bergerak secepat yang kami bisa untuk melakukan hal yang sama pada manusia," kata Dr Nirenberg, seorang profesor di Departemen Fisiologi dan Biofisika dan di Institut untuk Biomedikal Komputasi di Weill Cornell. Studi co-penulis adalah Dr Chethan Pandarinath, yang adalah seorang mahasiswa lulus dengan Dr Nirenberg dan saat ini seorang peneliti postdoctoral di Stanford University.
Pendekatan baru ini memberikan harapan bagi 25 juta orang di seluruh dunia yang menderita kebutaan karena penyakit retina. Karena terapi obat membantu hanya sebagian kecil dari populasi ini, perangkat palsu adalah pilihan terbaik mereka untuk melihat masa depan. "Ini adalah palsu pertama yang memiliki potensi untuk memberikan penglihatan normal atau mendekati normal karena menggabungkan kode," jelas Dr Nirenberg.
Menemukan Kode Etik
Penglihatan normal terjadi ketika cahaya jatuh pada fotoreseptor di permukaan retina. Sirkuit retina kemudian memproses sinyal dari fotoreseptor dan mengubahnya menjadi kode impuls saraf. Impuls ini kemudian dikirim ke otak oleh sel output retina, yang disebut sel ganglion. Otak memahami kode pulsa saraf dan dapat menerjemahkannya ke dalam gambar yang berarti.
Kebutaan sering disebabkan oleh penyakit pada retina yang membunuh fotoreseptor dan menghancurkan sirkuit yang terkait, tetapi biasanya, dalam penyakit ini, sel output retina terhindar.
Prostetik saat ini umumnya bekerja dengan mengemudi sel-sel yang masih hidup. Elektroda yang ditanamkan ke mata pasien buta, dan mereka merangsang sel ganglion dengan saat ini. Tapi ini hanya menghasilkan bidang visual kasar.
Banyak kelompok yang bekerja untuk meningkatkan kinerja dengan menempatkan stimulator lebih ke mata pasien. Harapannya adalah bahwa dengan stimulator lebih, sel ganglion lebih banyak di jaringan yang rusak akan diaktifkan, dan kualitas gambar akan meningkat.
Tim peneliti lain sedang menguji penggunaan peka cahaya protein sebagai alternatif cara untuk merangsang sel. Protein ini diperkenalkan ke retina dengan terapi gen. Setelah di mata, mereka dapat menargetkan sel-sel ganglion banyak sekaligus.
Tapi Dr Nirenberg menunjukkan bahwa ada faktor lainnya yang kritis. "Tidak hanya itu diperlukan untuk merangsang sejumlah besar sel, tetapi mereka juga harus dirangsang dengan kode yang benar - kode retina biasanya digunakan untuk berkomunikasi dengan otak."
Inilah yang penulis menemukan - dan apa yang mereka digabungkan ke dalam sistem palsu baru.
Dr Nirenberg beralasan bahwa setiap pola cahaya yang jatuh ke retina harus diubah menjadi kode umum - satu set persamaan - yang mengubah pola cahaya menjadi pola pulsa listrik. "Orang-orang telah mencoba untuk menemukan kode yang melakukan ini untuk rangsangan sederhana, tapi kami tahu itu harus digeneralisasikan, sehingga dapat bekerja untuk apa pun - wajah, pemandangan alam, apa pun yang seseorang melihat," kata Dr Nirenberg.
Visi = Chip Ditambah Gene Therapy
Dalam momen eureka, saat bekerja pada kode untuk alasan yang berbeda, Dr Nirenberg menyadari bahwa apa yang dilakukannya dapat langsung diterapkan pada prostetik. Dia dan mahasiswa, Dr Pandarinath, segera pergi untuk bekerja di atasnya. Mereka menerapkan persamaan matematika pada sebuah "chip" dan dikombinasikan dengan mini-proyektor. Chip, yang dia sebut sebagai "encoder" mengubah gambar yang datang ke mata ke aliran impuls listrik, dan mini-proyektor lalu mengubah impuls listrik menjadi impuls cahaya. Pulsa ini kemudian mengarahkan cahaya peka cahaya protein, yang telah dimasukkan ke dalam sel-sel ganglion, untuk mengirim kode pada hingga otak.
Pendekatan seluruh diuji pada mouse. Para peneliti membangun dua sistem prostetik - satu dengan kode dan satu tanpa. "Memasukkan kode memiliki dampak yang dramatis," kata Dr Nirenberg. "Ini melompat kinerja sistem hingga mendekati normal tingkat - yaitu, ada cukup informasi dalam output sistem untuk merekonstruksi gambar wajah, hewan -. Pada dasarnya apapun kita berusaha"
Dalam serangkaian eksperimen yang ketat, para peneliti menemukan bahwa pola-pola yang dihasilkan oleh retina buta pada tikus erat cocok yang dihasilkan oleh retina tikus normal.
"Alasan sistem ini bekerja adalah dua kali lipat," kata Dr Nirenberg. "Encoder - sekumpulan persamaan - mampu meniru transformasi retina untuk berbagai rangsangan, termasuk pemandangan alam, dan dengan demikian menghasilkan pola normal pulsa elektrik, dan stimulator (protein peka cahaya) mampu mengirim mereka pulsa pada hingga otak. "
"Apa ini menunjukkan temuan ini adalah bahwa bahan-bahan penting untuk membangun sangat efektif prostetik retina - kode retina dan metode resolusi tinggi merangsang - sekarang, untuk sebagian besar, di tempat," laporan Dr Nirenberg.
Dr Nirenberg mengatakan dia palsu retina perlu menjalani uji klinis pada manusia, terutama untuk menguji keamanan dari komponen terapi gen, yang memberikan protein yang sensitif terhadap cahaya. Tapi dia mengantisipasi itu akan aman karena vektor gen terapi serupa telah berhasil diuji untuk penyakit retina lainnya.
"Ini semua telah mendebarkan," kata Dr Nirenberg. "Saya tidak sabar untuk memulai pendekatan ini membawa kepada pasien."
Studi ini didanai oleh hibah dari Institut Kesehatan Nasional dan Cornell University Institut Biomedik Komputasi.
Keduanya Drs. Nirenberg dan Pandarinath memiliki aplikasi paten untuk sistem prostetik diajukan melalui Cornell University. (Google Translate)