О медикаментозной терапии заболеваний сетчатки (anti-VEGF терапии)

Анализаторы

Одним из важнейших свойств всего живого является раздражимость – способность воспринимать информацию о внутренней и внешней среде с помощью рецепторов. В ходе этого ощущение, свет, звук преобразуются рецепторами в нервные импульсы, которые анализируются центральным отделом нервной системы.

И.П. Павлов при изучении восприятия корой головного мозга различных раздражений ввел понятие анализатор. Под этим термином скрыта вся совокупность нервных структур, начинающаяся рецепторами и оканчивающаяся корой больших полушарий.

В любом анализаторе выделяют следующие отделы:

• Периферический – рецепторный аппарат органов чувств, который преобразует действие раздражителя в нервные импульсы
• Проводниковый – чувствительные нервные волокна, по которым движутся нервные импульсы
• Центральный (корковый) – участок (доля) коры больших полушарий, который анализирует поступающие нервные импульсы

Зрительный анализатор

С помощью зрения человек получает большую часть информации об окружающей среде. Поскольку эта статья посвящена зрительному анализатору, рассмотрим его строение и отделы. Наибольшее внимание обратим на периферическую часть – орган зрения, состоящий из глазного яблока и вспомогательных органов глаза.

Глазное яблоко лежит в костном вместилище – глазнице. Глазное яблоко имеет три оболочки, которые мы детально изучим:

• Наружная, называемая также – фиброзная оболочка
• Средняя – сосудистая оболочка
• Внутренняя оболочка – сетчатка

Большую часть полости глаза занимает стекловидное тело – прозрачное округлое образование, которое придает глазу шарообразную форму. Также внутри находится хрусталик – прозрачная двояковыпуклая линза, расположенная позади зрачка. Вы уже знаете, что изменения кривизны хрусталика обеспечивают аккомодацию – настройку глаза на наилучшее видение объекта.

Но благодаря каким именно механизмам происходит изменение его кривизны? Это возможно за счет сокращения ресничной мышцы. Попробуйте поднести к носу свой палец, постоянно смотря на него. Вы почувствуете в глазах напряжение – это связно с сокращением ресничной мышцы, благодаря чему хрусталик становится более выпуклым, чтобы мы могли рассмотреть близкорасположенный предмет.

Представьте другую картину. В кабинете врач говорит пациенту: “Расслабьтесь, посмотрите вдаль”. При взгляде вдаль ресничная мышца расслабляется, хрусталик становится уплощенным. Я очень надеюсь, что приведенные мной примеры помогут вам мнемонически запомнить состояния ресничной мышцы при рассматривании объектов вблизи и вдали.

По мере прохождения света через прозрачные среды глаза: роговицу, жидкость передней камеры глаза, хрусталик, стекловидное тело – свет преломляется и оказывается на сетчатке. Запомните, что изображение на сетчатке:

• Действительное – соответствует тому, что на самом деле видим
• Обратное – перевернуто вверх ногами
• Уменьшенное – размеры отраженной “картинки” пропорционально уменьшены

Проводниковый и корковый отделы зрительного анализатора

Мы с вами изучили периферический отдел зрительного анализатора. Теперь вы знаете, что палочки и колбочки, возбужденные световым воздействием, генерируют нервные импульсы. Отростки нервных клеток собираются в пучки, которые образуют зрительный нерв, выходящий из глазницы и направляющийся к корковому представительству зрительного анализатора.

Нервные импульсы по зрительному нерву (проводниковый отдел) достигают центрального отдела – затылочных долей коры больших полушарий. Именно здесь происходит обработка и анализ информации, полученной в виде нервных импульсов.

При падении на затылок в глазах может появиться белая вспышка – “искры из глаз”. Это связано с тем, что при падении механически (вследствие удара) возбуждаются нейроны затылочной доли, зрительного анализатора, что и приводит к подобному явлению.

Заболевания

Конъюнктива – слизистая оболочка глаза, расположенная над роговицей, покрывающая глаз снаружи и выстилающая внутреннюю поверхность век. Главная функция конъюнктивы – выработка слезной жидкости, увлажняющей и смачивающей поверхность глаза.

В результате аллергических реакций или инфекций нередко происходит воспаление слизистой оболочки глаза – конъюнктивит, который сопровождается гиперемией (повышенным кровенаполнением) сосудов глаза – “красными глазами”, а также светобоязнью, слезотечением и отеком век.

Нашего пристального внимания требуют такие состояния как близорукость и дальнозоркость, которые могут быть врожденными, и, в таком случае, связанными с изменением формы глазного яблока, либо приобретенными и связанными с нарушением аккомодации. В норме лучи собираются на сетчатке, но при этих заболеваниях все складывается иначе.

При близорукости (миопии) фокус лучей от отраженного предмета возникает впереди сетчатки. При врожденной близорукости глазное яблоко имеет удлиненную форму, из-за которой лучи не могут достичь сетчатки. Приобретенная близорукость развивается из-за чрезмерной преломляющей силы глаза, которая может возникать вследствие увеличения тонуса ресничной мышцы.

Близорукие люди плохо видят предметы, расположенные вдали. Для коррекции миопии им требуются очки с двояковогнутыми линзами.

При дальнозоркости (гиперметропии) фокус лучей, отраженных от предмета, собирается позади сетчатки. При врожденной дальнозоркости глазное яблоко укороченное. Приобретенная форма характеризуется уплощением хрусталика и нередко сопутствует пожилому возрасту.

Дальнозоркие люди плохо видят близкорасположенные предметы. Им необходимы очки с двояковыпуклыми линзами для коррекции зрения.

Гигиена зрения

Для того, чтобы сохранить хорошее зрение на долгие годы, или же не допустить дальнейшего ухудшения зрения, следует придерживаться следующих правил гигиены зрения:

• Читать, держа текст на расстоянии 30-35 см от глаз
• При письме источник света (лампа) для правшей должен находиться с левой стороны, и, наоборот, для левшей – с правой стороны
• Следует избегать чтения лежа при слабом освещении
• Следует избегать чтения в транспорте, так как расстояние от текста до глаз постоянно меняется. Ресничная мышца то сокращается, то расслабляется – это приводит к ее слабости, снижению способности к аккомодации и ухудшению зрения
• Следует избегать травм глаза, так как повреждения роговицы вызывают нарушение преломляющей способности, что приводит к ухудшению зрения

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Главная Поиск

Различные способы поиска

Поиск по базе данных: Научные статьи Видеоматериалы

Поиск Яндексом по сайту

Репозиторий OAI—PMH

Репозиторий Российская Офтальмология Онлайн по протоколу OAI-PMH

Конференции

Офтальмологические конференции и симпозиумы

Видео

Видео докладов

Поздравляем–> –> Онлайн трансляцииXIX Конгресс Российского глаукомного общества 3-4 Декабря 2021 9:00 Аудио Оболочка глаза состоит из трех слоев. Первая оболочка – наружная, плотная, к которой крепятся мышцы, управляющие движением глаза. Она состоит из склеры, основная функция которой заключается в защите тонкой организации нашего зрительного аппарата, и роговицы – прозрачной части склеры, через которую свет попадает в глаз. Роговица имеет искривленную светопреломляющую поверхность, похожую на линзу и позволяющую фокусировать изображение в глазу. По сути роговица работает как объектив фотоаппарата и именно поэтому она прозрачна, сферична и не имеет кровеносных сосудов.

Вторая – это сосудистая оболочка или хориоидеа. Она питает сетчатку и восстанавливает постоянно распадающиеся зрительные вещества. Расположена хориоидеа под склерой и включает в свой состав радужку и ресничное тело. В самом ее центре находится зрачок, т.е. отверстие в тканях глазного яблока. Радужка представляет собой тонкую подвижную диафрагму, находится прямо напротив зрачка и состоит из мышц, которые управляют количеством света, попадающим в глаз, изменяя размер зрачка. Примерно так, как это происходит в объективе хорошего фотоаппарата. Отметим, что сама радужка почти не пропускает свет.

Третья оболочка называется сетчаткой и о ней мы подробней расскажем ниже. Эта именно та часть глаза, в которой осуществляется восприятие света и передачу полученной информации в мозг.

Хрусталик глаза

Хрусталик имеет форму двояковыпуклой прозрачной и эластичной линзы, которая заставляет свет фокусироваться на сетчатке, которая находится под хрусталиком. Форма этой “линзы” может меняться с помощью ресничной мышцы, что позволяет человеку фокусировать зрение на близких и дальних объектах. Снаружи хрусталик покрыт очень тонкой защитной оболочкой, которая защищает его от внешних факторов.

Стекловидное тело

Стекловидное тело – это похожее на гель прозрачное вещество, заполняющее пространство между хрусталиком и сетчаткой в глазу. Оно занимает около 2/3 объёма глазного яблока. На 99% стекловидное тело состоит из воды. Передней поверхностью, на которой имеется ямка, стекловидное тело прилегает к задней поверхности хрусталика; на остальном протяжении стекловидное тело соприкасается с внутренней ограничивающей мембраной сетчатки.

Сетчатка

Сетчатка – это чувствительный к свету слой нервной ткани, находящийся на задней внутренней поверхности глазного яблока. Сетчатка создает изображение, проектируемое на нее с помощью роговицы и хрусталика, и преобразует его в нервные импульсы, посылаемые в мозг. Человеческая сетчатка способна проводить 10 – 100 млн измерений в секунду, а данные, полученные таким образом, обрабатывают свыше миллиарда нейронов коры головного мозга. Причем чувствительность сетчатки такова, что она может регистрировать даже очень небольшое количество фотонов.

В центре сетчатки находится оптический нерв – круглая или овальная зона примерно в 2 х 1.5 мм. От центра оптического нерва радиально расходятся основные кровеносные сосуды сетчатки. В области диска зрительного нерва светочувствительных элементов нет, поэтому это место не дает зрительного ощущения и называется слепым пятном.

Левее этой зоны на расстоянии примерно 4.5 – 5 мм находится овальное, красноватое пятно без кровеносных сосудов – центральная ямка сетчатки (фовеа), которая является центром макулы.

Макула или желтое пятно – самая главная часть сетчатки, она отвечает за центральное зрение, поскольку содержит большое количество рецепторов. Она ответственна за дневное зрение, поэтому нарушение ее деятельности существенно ухудшает зрение.

Слои сетчатки

Сетчатка имеет очень сложную структуру и содержит множество видов нейронов. Прежде чем достигнуть клеток, воспринимающих свет и преобразующих его в электрические сигналы, свету необходимо преодолеть все слои сетчатки и только после этого воздействовать на слой фоторецепторов.

Всего в настоящее время различают 10 слоев сетчатки. Основные слои – это слой пигментного эпителия и слой фоторецепторов (светочувствительных клеток). За ними следуют пограничная мембрана, наружный ядерный слой, внешний плексиформный слой, внутренний ядерный слой, внутренний плексиформный слой, слой ганглиозных клеток, слой аксонов нейронов и внешняя пограничная мембрана. Давайте чуть подробнее рассмотрим эти слои.

Слой 1. Пигментный эпителий

Пигментный эпителий – это самый наружный слой сетчатки, прилежащий непосредственно к сосудистой оболочке и отделенный от нее т.н. мембраной Бруха. Слой пигментного эпителия простирается от зрительного нерва над всей оптической частью сетчатки. Он состоит из плотно упакованных клеток, содержащих большое количество пигмента. Эти клетки имеют форму шестигранной призмы и обычно организованы в линию. Они являются частью т.н. гемато-ретинального барьера, который предотвращает проникновение в ткань сетчатки крупных молекул из кровеносных сосудов.

Пигментный эпителий в сетчатке обеспечивает четкость и контрастность изображений, которые различает человек. Этот слой представляет собой некое подобие чёрной камеры пленочного фотоаппарата, в котором исчезают блики и переотражения света.

К функция этого слоя относится также ввод питательных веществ в сетчатку и отвод продуктов распада, в частности, погибших светочувствительных клеток.

Слой 2. Светочувствительные клетки или фоторецепторы

Этот слой состоит из клеток в форме колбочек и палочек, которые являются первыми нейронами в составе сетчатки. Основная их функция – это преобразование световых ощущений, получаемых из внешней среды, в электрические сигналы, обрабатываемые головным мозгом.

Палочки – это цилиндрические образования длиной 40-50 мкм, количество которых в сетчатке составляет примерно 120 млн. Они отвечают за наше зрение при плохом освещении, например, ночью, и отличаются высокой чувствительностью. При этом эти клетки не обеспечивают достаточной остроты зрения, поскольку сразу несколько палочек совместно используют одно соединение с зрительным нервом. Палочки равномерно распределены по сетчатке, но отсутствуют в желтом пятне (макуле).

Колбочки в основном сконцентрированы именно в центральной ямке желтого пятна и активизируются только при ярком освещении. В нашей сетчатке их около 7 млн. Их функция – обеспечение центрального зрения и распознавание цветов. Среди колбочек выделяют три особых класса: колбочки, ответственные за восприятие зелёной, красной и синей частей спектра соответственно.

Поскольку они очень чувствительны к высокой интенсивности освещения, то они плохо различают цвета в темноте. Именно колбочки отвечают за нашу остроту зрения, поскольку они “подключены” к зрительному нерву поодиночке.

НЕРВНЫЕ КЛЕТКИ СЕТЧАТКИ Кроме фоторецепторов, сетчатка содержит еще несколько видов нервных клеток. Биполярные клетки – клетки зрительной системы, вертикально соединяющие через синапсы* одну колбочку или несколько палочек зрительной системы с одной ганглиозной клеткой. Амакриновые клетки – слой интернейронов сетчатки, которые получают входные сигналы от биполярных нейронов и других амакриновых клеток и посылают сигналы ганглиозным клеткам и другим биполярным клеткам. Эти клетки составляют 70 % входов в ганглиозные клетки сетчатки. Горизонтальные клетки – слой ассоциативных нейронов сетчатки. Они располагаются в сетчатке сразу за фоторецепторами и отдают им большое количество дендритов (разветвленных отростков), которые, переплетаясь, образуют сплошное кружево. Ганглиозные клетки — нейроны сетчатки, способные генерировать нервные импульсы в отличие от других типов нейронов сетчатки. Эти клетки граничат со стекловидным телом и образуют слой сетчатки, который первым получает свет. Ганглиозные клетки завершают «трёхнейронную рецепторно-проводящую систему»: фоторецептор — биполярный нейрон — ганглиозная клетка. Клетки Мюллера – глиальные** клетки сетчатки глаза. Это вторые по частоте клетки сетчатки после нейронов. * Синапс – место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал клеткой. **Глия – вспомогательные клетки нервной ткани. Они составляют окружение для нейронов, обеспечивая условия для передачи нервных импульсов, а также осуществляя часть метаболических процессов нейрона.

Дополнительные слои сетчатки

Слой 3. Наружная пограничная мембрана

Он представляет собой тонкую пленку, через которую во внешнее пространство (пространство между слоем колбочек и палочек и пигментным эпителием сетчатки) проникают отдельные сегменты фоторецепторов.

Слой 4.  Наружный ядерный (зернистый) слой

Этот слой образуется ядрами фоторецепторов – колбочек и палочек.

Слой 5. Наружный плексиформный слой

В нем находятся отростки палочек и колбочек, которые здесь контактируют между собой, а также биполярными клетками и горизонтальными клетками. Это слой, который еще называет сетчатым, выполняет очень простую функцию – он отделяет два ядерных, т. е. наружный и внутренний слои, друг от друга.

Слой 6. Внутренний ядерный (зернистый) слой.

Его образуют ядра дополнительных нервных клеток сетчатки – биполярных, амакриновых, горизонтальных клеток и клеток Мюллера (подробнее о функциях этих клеток см. врезку)

Слой 7.  Внутренний плексиформный слой

Этот слой состоит из многочисленных переплетенных отростков разных нервных клеток. Это последняя ступень обработки информации внутри сетчатки перед направлением в зрительные центры в мозге.

Слой 8. Ганглиозные клетки

В этом слое находятся клетки, которые обеспечивают передачу импульсов фоторецепторов в зрительный нерв, с которым ганглиозные клетки соединены напрямую через свои отростки (аксоны). Эти нервные клетки совершенно прозрачны и легко пропускают свет.

Слой 9. Нервные волокна

Слой состоит из аксонов ганглиозных клеток, которые как каналы передают информацию непосредственно в зрительный нерв.

Слой 10. Внутренняя пограничная мембрана

Это самый внутренний слой сетчатки, прилегающий к стекловидному телу. Покрывает изнутри поверхность сетчатки. Он является основной мембраной, образованной основанием отростков клеток Мюллера.

Макула

Как мы уже отмечали, самым важным участком сетчатки является желтое пятно или макула, которое определяет остроту зрения. Диаметр пятна составляет 5-5,5 мм, оно отличается по цвету от окружающих тканей, поскольку здесь более интенсивно окрашен подлежащий пигментный эпителий.

В центре макулы находится центральная ямка, или фовеа, которая образуется в результате истончения сетчатки. Центральная ямка составляет 5% оптической части сетчатки, но в ней сосредоточено до 10% всех колбочек. В середине центральной ямки лежит ямочка – углубление диаметром 0,2-0,4 мм, она является местом наибольшей остроты зрения, содержит только колбочки (около 2500 клеток).

Порядка 40 млн слепых людей во всем мире нуждаются в технологиях, которые могут вернуть способность видеть. Однако до сих пор не существует доступного способа протезирования зрения

Мы привыкли ассоциировать зрение лишь с глазами. Однако помимо самих глазных яблок в процессе участвует зрительная кора головного мозга, которой мы фактически «видим», и нервные пути, которые соединяют глаза с мозгом. Практически на каждом этапе можно попытаться реализовать протезирование.

История создания зрительного протеза

Немецкий психолог Иоганн Пуркинье в 1823 году заинтересовался вопросами зрения и галлюцинаций, а также возможностью искусственной стимуляции зрительных образов. Принято считать, что именно он впервые описал зрительные вспышки — фосфены, которые он получил при проведении простого опыта c аккумулятором, пропуская через голову электрический ток и описывая свой визуальный опыт.

Спустя 130 лет, в 1956 году, австралийский ученый Дж. И. Тассикер запатентовал первый ретинальный имплант, который не давал какого-то полезного зрения, но показал, что можно искусственно вызывать зрительные сигналы.

Ретинальный имплант (имплант сетчатки) «вводит» визуальную информацию в сетчатку, электрически стимулируя выжившие нейроны сетчатки. Пока вызванные зрительные восприятия имели довольно низкое разрешение, но достаточное для распознавания простых объектов.

Но глазное протезирование долго тормозилось из-за технологических ограничений. Прошло очень много времени, прежде чем появились какие-то реальные разработки, которые смогли дать «полезное зрение», то есть зрение, которым человек мог бы воспользоваться. В 2019 году в мире насчитывалось около 50 активных проектов, фокусирующихся на протезировании зрения.

Первые ретинальные импланты

Пару лет назад на рынке было доступно три ретинальных импланта, которые прошли клинические испытания и были сертифицированы государственными регулирующими органами: европейским CE Mark и американским FDA.

• Second Sight Medical Products, США
• Pixium Vision, Франция
• Retina Implant AG, Германия

Так выглядели первые ретинальные импланты

Бионические импланты — это целая система внешних и внутренних устройств.

IRIS II (Pixium Vision) и Argus II (Second Sight) имели внешние устройства (очки с видеокамерой и блок обработки видеосигнала). Слепой человек смотрит при помощи камеры, с нее картинка направляется в процессор, где изображение обрабатывается и распадается на 60 пикселей (для системы Argus II). Затем сигнал направляется через трансмиттер на электродную решетку, вживленную на сетчатке, и электрическим током стимулируются оставшиеся живые клетки.

В немецком импланте Alfa АMS (Retina Implant) нет внешних устройств, и человек видит своим собственным глазом. Имплант на 1600 электродов вживляется под сетчатку. Свет через глаз попадает на светочувствительные элементы и происходит стимуляция током. Питается имплант от подкожного магнитного коннектора.

Субретинальный имплантат Alpha AMS компании Retina Implant AG

Все три ретинальных импланта больше не производятся, так как появилось новое поколение кортикальных протезов (для стимуляции коры головного мозга, а не сетчатки глаза). Однако хотя проектов по фундаментальным разработкам по улучшению ретинальных имплантов еще много, ни один из них не прошел клинические испытания:

• Улучшенный имплант DRY AMD PRIMA компании Pixium с увеличением количества электродов для стимуляции большего количества клеток сетчатки проходит клинические испытания. Для участия в программе испытаний еще ищут пять кандидатов;
• Retina Implant AG закрыли производство;
• Second Sight проводят клинические испытания своего кортикального импланта, но в марте 2020 года компания уволила 80% сотрудников из эксплуатационно-производственного подразделения.

Тренды ретинальных имплантов: основные фундаментальные технологии

Ретинальные нанотрубки

Группа ученых из Китая (Shanghai Public Health Clinical Center) в 2018 году провела эксперимент на мышах, в ходе которого вместо не функционирующих фоторецепторов сетчатки предложила использовать нанотрубки. Преимущество этого проекта — маленький размер нанотрубок. Каждая из них может стимулировать только несколько клеток сетчатки.

Биопиксели

Группа ученых из Оксфорда стремится сделать протез максимально приближенным к естественной сетчатке. Биопиксели в проекте выполняют функцию, схожую с настоящими клетками. Они имеют оболочку из липидного слоя, в который встроены фоточувствительные белки. На них воздействуют кванты света и как в настоящих клетках изменяется электрический потенциал, возникает электрический сигнал.

Перовскитная искусственная сетчатка

Все предыдущие фундаментальные разработки направлены на стимулирование всех слоев живых клеток. При помощи технологии перовскитной искусственной сетчатки китайские ученые пытаются предоставить возможность не только получать световые ощущения, но и различать цвет за счет моделирования сигнала таким образом, чтобы он воспринимался мозгом как имеющий определенную цветность.

Фотогальваническая пленка Polyretina

В Polyretina используется маленькая пленка, покрытая слоем химического вещества, которое имеет свойство поглощать свет и конвертировать его в электрический сигнал. Пленка размещена на сферическом основании, чтобы можно было удобно разместить ее на глазном дне.

Фотогальванический имплант Polyretina

Субретинальное введение полупроводникового полимера

Итальянские ученые предлагают технологию введения полупроводникового полимерного раствора под сетчатку, при помощи которого свет фиксируется и трансформируется в электрические сигналы.

Российский опыт ретинального протезирования

В России в 2017 году при поддержке фондов «Со-единение» и «Искусство, Наука и Спорт» было приобретено и установлено два ретинальных импланта Argus II американской компании Second Sight. Это единственные операции по восстановлению зрения, которые были проведены в России за все время. Каждая операция вместе с реабилитацией стоила порядка 10 млн руб, а сама система имплантации для одного пациента — порядка $140 тыс. Все прошло успешно, и два полностью слепых жителя Челябинска — Григорий (не видел 20 лет) и Антонина (не видела 10 лет) — получили предметное зрение. Предметное зрение означает, что человек может видеть очертания предметов — дверь, окно, тарелку — без деталей. Читать и использовать смартфон они не могут. Оба пациента имели диагноз «пигментный ретинит» (куриная слепота).

На момент 2019 года в мире установлено около 350 имплантов, произведенных компанией Second Sight. Около 50 тысяч россиян нуждаются в подобном протезе сетчатки.

В России опытом в протезировании зрения может похвастаться лишь один проект — АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».

«Трендом в фундаментальных разработках бионических протезов является стремление сделать их максимально безопасными, приближенными к биологическим тканям людей и с максимально возможным разрешением. Но настоящую революцию вызвали кортикальные импланты, и смысл в ретинальных имплантах пропал, так как они ставятся только при пигментном ретините и возрастной макулярной дегенерации при отсутствии ряда противопоказаний. Кортикальные же импланты значительно расширяют горизонт показаний и позволяют восстанавливать полезное зрение даже людям, вовсе лишенным глаз», — рассказал Андрей Демчинский, к.м.н., руководитель медицинских проектов АНО Лаборатория «Сенсор-Тех».

Кортикальные системы имплантации

Кортикальные протезы — это подгруппа визуальных нейропротезов, способных вызывать зрительные восприятия у слепых людей посредством прямой электрической стимуляции затылочной коры мозга, которая отвечает за распознавание изображений. Этот подход может быть единственным доступным лечением слепоты, вызванной глаукомой, терминальной стадией пигментного ретинита, атрофией зрительного нерва, травмой сетчатки, зрительных нервов и т.п. За последние пять лет ученые решили задачу создания такого внутрикортикального визуального нейропротеза, с помощью которого можно было бы восстановить ограниченное, но полезное зрение.

В 1968 году Г.С. Бридли и В.С. Левин провели первую операцию по установке кортикальных имплантов. Первый имплант состоял из шапочки с коннекторами (устанавливали на череп под кожу) и отдельной дуги с электродами (устанавливали под череп), которые стимулировали кору головного мозга. Эксперимент был проведен на двух добровольцах для оценки возможности получения полезного зрения. Позднее импланты были извлечены. Технология кортикальных имплантов была заморожена по причине провоцирования приступов эпилепсии при стимуляции большего количества клеток мозга.

Первый кортикальный имплант

Кортикальный имплант Orion

Спустя 45 лет американский лидер разработки ретинальных имплантов Second Sight создал кортикальную протезную систему ORION. В конце 2017 года Second Sight получили разрешение от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) на проведение клинических испытаний. До апреля 2018 года было установлено шесть устройств. По результатам испытаний оказалось, что все пациенты ощущали зрительные стимулы, a у трех пациентов результаты были схожи с ретинальным имплантом Argus II и дали полезное предметное зрение. Клинические испытания будут проходить до июня 2023 года. Обязательным условием установки импланта является наличие у пациента зрительного опыта, то есть он может использоваться только для людей со сформированной зрительной корой, которые родились зрячими и потеряли зрение.

Система кортикальной имплантации Orion компании Second Sight

Кортикальный нейропротез CORTIVIS

Испанские ученые разработали кортикальный имплант под названием CORVITIS. Протез состоит из нескольких компонентов. Одна или две камеры обеспечивают получение изображения, которое затем обрабатывается биопроцессором, чтобы преобразовать визуальный образ в электрические сигналы. На втором этапе информация сводится в серию изображений и передается по радиочастотной связи на имплантированное устройство. Этот радиочастотный блок обеспечивает беспроводную передачу питания и данных во внутреннюю систему. Имплантированный электронный блок декодирует сигналы, определяет и контролирует форму напряжения и амплитуду формы волны, которая будет подаваться на соответствующие электроды. Клинические испытания на пяти пациентах завершатся в мае 2023 года.

Кортикальный имплант CORVITIS

Интракортикальный зрительный протез (WFMA)

Американские ученые разработали технологию многоканальной внутрикортикальной стимуляции с помощью беспроводных массивов металлических микроэлектродов и создали беспроводную плавающую микроэлектродную решетку (WFMA).

Система протеза состоит из группы миниатюрных беспроводных имплантируемых решеток-стимуляторов, которые могут передавать информацию об изображении, снятом на встроенную в очки видеокамеру, непосредственно в мозг человека. Каждая решетка получает питание и цифровые команды по беспроводной связи, так что никакие провода или разъемы не пересекают кожу головы. Посылая команды в WFMA, изображения с камеры передаются непосредственно в мозг, создавая грубое предметное визуальное восприятие изображения. Хотя восприятие не будет похоже на нормальное зрение, с его помощью человек может вести самостоятельную деятельность. Система ICVP получила одобрение FDA для проведения клинических испытаний.

Интракортикальный зрительный протез (WFMA)

Кортикальный протез NESTOR

Голландские ученые также разработали схожую технологию системы протезирования. Принцип функционирования протеза такой же, как в проектах выше. Камера отправляет сигнал на имплант, который состоит из тысяч электродов и смарт-чипа. С помощью процессора зрительное восприятие можно контролировать и регулировать.

«Хотя полное восстановление зрения пока кажется невозможным, кортикальные системы создают по-настоящему значимые визуальные восприятия, при помощи которых слепые люди могут распознавать, локализировать и брать предметы, а также ориентироваться в незнакомой среде. Результат — в существенном повышении уровня жизни слепых и слабовидящих. Такие вспомогательные устройства уже позволили тысячам глухих пациентов слышать звуки и приобретать языковые способности, и такая же надежда существует в области визуальной реабилитации», — обнадежил Андрей Демчинский.

Обновлено 14.08.2020

Анализаторы

С первого дня появления ребёнка на свет зрение помогает ему познавать окружающий мир. С помощью глаз человек видит чудесный мир красок и солнца, зримо воспринимает колоссальный поток информации. Глаза дают человеку возможность читать и писать, знакомиться с произведениями искусства и литературы. Любая профессиональная работа требует от нас хорошего, полноценного зрения.

На человека постоянно действует непрерывный поток внешних раздражителей и разнообразная информация о процессах внутри организма. Понять эту информацию и правильно отреагировать на большое число происходящих вокруг событий позволяют человеку органы чувств. Среди раздражителей внешней среды для человека особенно большое значение имеют зрительные. Большая часть наших сведений о внешнем мире связана со зрением. Зрительный анализатор (зрительная сенсорная система) является важнейшим из всех анализаторов, т.к. он даёт 90% информации, которая идёт к мозгу от всех рецепторов. При помощи глаз мы не только воспринимаем свет и узнаём цвет объектов окружающего мира, но и получаем представление о форме предметов, их удалённости, размерах, высоте, ширине, глубине, иначе говоря, об их пространственном расположении. И всё это благодаря тонкому и сложному строению глаз и их связям с корой головного мозга.

Строение глаза. Вспомогательный аппарат глаза

Глаз — находится в орбитальной впадине черепа — в глазнице, сзади и с боков окружён мышцами, которые его двигают. Он состоит из глазного яблока со зрительным нервом и вспомогательных аппаратов.

Глаз — самый подвижный из всех органов человеческого организма. Он совершает постоянные движения, даже в состоянии кажущегося покоя. Мелкие движения глаз (микродвижения) играют значительную роль в зрительном восприятии. Без них невозможно было бы различать предметы. Кроме того, глаза совершают заметные движения (макродвижения) — повороты, перевод взора с одного предмета на другой, слежение за движущимися предметами. Различные движения глаза, повороты в стороны, вверх, вниз обеспечивают глазодвигательных мышцы, расположенные в глазнице. Всего их шесть. Четыре прямые мышцы крепятся к передней части склеры — и каждая из них поворачивает глаз в свою сторону. А две косые мышцы, верхняя и нижняя, прикрепляются к задней части склеры. Согласованное действие глазодвигательных мышц обеспечивает одновременный поворот глаз в ту или иную сторону.

Орган зрения нуждается в защите от повреждений для нормального развития и работы. Защитными приспособлениями глаз являются брови, веки и слёзная жидкость.

Бровь — парная дугообразная складка толстой кожи, покрытая волосами, в которую вплетаются лежащие под кожей мышцы. Брови отводят пот со лба и служат для защиты от очень яркого света. Веки закрываются рефлекторно. При этом они изолируют сетчатку от действия света, а роговицу и склеру — от каких-либо вредных воздействий. При моргании происходит равномерное распределение слёзной жидкости по всей поверхности глаза, благодаря чему глаз предохраняется от высыхания. Верхнее веко больше, чем нижнее, и его поднимает мышца. Веки закрываются за счёт сокращения круговой мышцы глаза, имеющей циркулярную ориентацию мышечных волокон. По свободному краю век располагаются ресницы, которые защищают глаза от пыли и слишком яркого света.

Слёзный аппарат. Слёзная жидкость вырабатывается специальными железами. Она содержит 97,8% воды, 1,4% органических веществ и 0,8% солей. Слёзы увлажняют роговицу и способствуют сохранению её прозрачности. Кроме того, они смывают с поверхности глаза, а иногда и век попавшие туда инородные тела, соринки, пыль и т.п. В слёзной жидкости содержатся вещества, убивающие микробов через слёзные канальцы, отверстия которых расположены во внутренних уголках глаз, попадает в так называемый слёзный мешок, а уже отсюда — в носовую полость.

Глазное яблоко имеет не совсем правильную шаровидную форму. Диаметр глазного яблока составляет примерно 2,5 см. В движении глазного яблока принимает участие шесть мышц. Из них четыре прямые и две косые. Мышцы лежат внутри глазницы, начинаются от её костных стенок и прикрепляются к белочной оболочке глазного яблока позади роговицы. Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками.

Оболочки глаза

Снаружи оно покрыто белочной оболочкой (склерой). Она самая толстая, прочная и обеспечивает глазному яблоку определённую форму. Склера составляет приблизительно 5/6 часть наружной оболочки, она непрозрачна, белого цвета и частью видна в пределах глазной щели. Белковая оболочка — очень прочная соединительнотканная оболочка, которая покрывает весь глаз и защищает его от механических и химических повреждений.

Передняя часть этой оболочки прозрачная. Она называется — роговицей. Роговица имеет безупречную чистоту и прозрачность благодаря тому, что постоянно протирается мигающим веком и промывается слезой. Роговица — единственное место в белковой оболочке, через которое внутрь глазного яблока проникают лучи света. Склера и роговица — довольно плотные образования, обеспечивающие глазу сохранение формы и предохранение его внутренней части от различных внешних вредных воздействий. За роговицей находится кристально прозрачная жидкость.

Изнутри к склере прилегает вторая оболочка глаза — сосудистая. Она обильно снабжена кровеносными сосудами (выполняет питательную функцию) и пигментом, содержащим красящее вещество. Передняя часть сосудистой оболочки называется радужной. Находящийся в ней пигмент обусловливает цвет глаз. Окраска радужки зависит от количества пигмента меланина. Когда его много — глаза тёмно- или светло-карие, а когда мало — серые, зеленоватые или голубые. Людей с отсутствием меланина называют альбиносами. В центре радужки есть небольшое отверстие — зрачок, который, суживаясь или расширяясь, пропускает, то больше, то меньше света. Радужка отделяется от собственно сосудистой оболочки ресничным телом. В толще его находится ресничная мышца, на тонких упругих нитях которой подвешен — хрусталик — прозрачное тело, похожее на лупу, крошечная двояковыпуклая линза диаметром 10 мм. Он преломляет лучи света и собирает их в фокусе на сетчатке. При сокращении или расслаблении ресничной мышцы хрусталик меняет свою форму — кривизну поверхностей. Это свойство хрусталика позволяет чётко видеть предметы как на близком, так и на далёком расстоянии.

Третья, внутренняя оболочка глаза — сетчатая. Сетчатка имеет сложное строение. Она состоит из светочувствительных клеток — фоторецепторов и воспринимает свет, поступающий в глаз. Она расположена только на задней стенке глаза. В сетчатке различают десять слоёв клеток. Особенно важное значение имеют клетки, получившие название колбочек и палочек. В сетчатой оболочке палочки и колбочки расположены неравномерно. Палочки (около 130 млн.) отвечают за восприятие света, а колбочки (около 7 млн.) — за цветовое восприятие.

Палочки и колбочки имеют в зрительном акте различное назначение. Первые работают на минимальном количестве света и составляют сумеречный аппарат зрения; колбочки же действуют при больших количествах света и служат для дневной деятельности аппарата зрения. Различная функция палочек и колбочек обеспечивает высокую чувствительность глаза к очень высоким и низким освещенностям. Способность глаза приспосабливаться к разной яркости освещения называется адаптацией.

Глаз человека способен различать бесконечное разнообразие цветовых оттенков. Восприятие многообразия цветов обеспечивают колбочки сетчатки. Колбочки чувствительны к цветам только при ярком свете. При слабом освещении восприятие цветов резко ухудшается, и все предметы в сумерках кажутся серыми. Колбочки и палочки действуют вместе. От них отходят нервные волокна, образующие затем зрительный нерв, выходящий из глазного яблока и направляющийся в головной мозг. Зрительный нерв состоит примерно из 1 млн. волокон. В центральной части зрительного нерва проходят сосуды. В месте выхода зрительного нерва палочки и колбочки отсутствуют, вследствие чего свет этим участком сетчатки не воспринимается.

Зрительный нерв (проводящие пути)

Сетчатка глаза является первичным нервным центром обработки зрительной информации. Место выхода из сетчатки зрительного нерва называется диском зрительного нерва (слепое пятно). В центре диска в сетчатку входит центральная артерия сетчатки. Зрительные нервы проходят в полость черепа через каналы зрительных нервов.

На нижней поверхности головного мозга образуется перекрест зрительных нервов — хиазма, но перекрещиваются только волокна, идущие от медиальных частей сетчаток. Эти перекрещивающиеся зрительные пути называются зрительными трактами. Большинство волокон зрительного тракта устремляются в латеральное коленчатое тело, головного мозга. Латеральное коленчатое тело имеет слоистое строение и названо так потому, что его слои изгибаются наподобие колена. Нейроны этой структуры направляют свои аксоны через внутреннюю капсулу, затем в составе зрительной радиации к клеткам затылочной доли коры больших полушарий возле шпорной борозды. По этому пути идет информация только о зрительных стимулах.

Функции зрения

Системы	Придатки и части глаза	Функции
Вспомогательные	Брови	Отводят пот со лба
Веки	Защищают глаза от световых лучей, пыли, пересыхания
Слёзный аппарат	Слёзы смачивают, очищают, дезинфицируют
Оболочки глазного яблока	Белочная	Защита от механического и химического воздействия. Вместилище всех частей глазного яблока.
Сосудистая	Питание глаза
Сетчатка	Восприятие света, светорецепторы
Оптическая	Роговица	Преломляет лучи света
Водянистая влага	Пропускает лучи света
Радужная оболочка (радужка)	Содержит пигмент, придающий цвет глазу, регулирует отверстие зрачка
Зрачок	Регулирует количество света, расширяясь и суживаясь
Хрусталик	Преломляет и фокусирует лучи света, обладает аккомодацией
Стекловидное тело	Заполняет глазное яблоко. пропускает лучи света
Световоспринимающая (зрительный рецептор)	Фоторецепторы (нейроны)	Палочки воспринимают форму (зрение при слабом освещении); колбочки — цвет (цветовое зрение).
Зрительный нерв	Воспринимает возбуждение рецепторных клеток и передаёт в зрительную зону коры головного мозга, где происходит анализ возбуждения и формирование зрительных образов

Глаз как оптический прибор

Параллельным потоком световое излучение попадает на радужная оболочку (выполняет роль диафрагмы), с отверстием, через которое свет поступает в глаз; эластичный хрусталик — это своеобразная двояковыпуклая линза, фокусирующая изображение; эластичная полость (стекловидное тело), придающая глазу сферическую форму и удерживающая на своих местах его элементы. Хрусталик и стекловидное тело обладают свойствами передавать структуру видимого изображения с наименьшими искажениями. Регулирующие органы управляют непроизвольными движениями глаза и приспосабливают его функциональные элементы к конкретным условиям восприятия. Они изменяют пропускную способность диафрагмы, фокусное расстояние линзы, давление внутри эластичной полости и другие характеристики. Управляют этими процессами центры в среднем мозгу с помощью множества чувствительных и исполнительных элементов, распределенных по всему глазному яблоку. Измерение световых сигналов происходит во внутреннем слое сетчатки, состоящем из множества фоторецепторов, способные преобразовывать световое излучение в нервные импульсы. Фоторецепторы в сетчатке распределены неравномерно, образуя три области восприятия.

Первая — область обзора — находится в центральной части сетчатки. Плотность фоторецепторов в ней наивысшая, поэтому она обеспечивает четкое цветное изображение предмета. Все фоторецепторы в этой области по своему устройству в принципе одинаковы, отличаются они только избирательной чувствительностью к длинам волн светового излучения. Одни из них наиболее чувствительны к излучениям (средняя части), вторые — в верхней части, третьи — в нижней. У человека есть три вида фоторецепторов, реагирующих на синие, зеленые и красные цвета. Здесь же, в сетчатке, выходные сигналы этих фоторецепторов совместно обрабатываются в результате чего усиливается контраст изображения, выделяются контуры объектов и определяется их цвет.

Объемное изображение воспроизводится в коре головного мозга, куда направляются видеосигналы от правого и левого глаза. У человека область обзора охватывает всего в 5°, и только в ее пределах он может осуществлять обзорно-сравнительные измерения (ориентироваться в пространстве, распознавать объекты, следить за ними, определять их относительное расположение и направление движения). Вторая область восприятия выполняет функцию захвата целей. Она располагается вокруг области обзора и не дает четкого изображения видимой картины. Ее задача — быстрое обнаружение контрастных целей и изменений, происходящих во внешней обстановке. Поэтому в этой области сетчатки плотность обычных фоторецепторов невысока (почти в 100 раз меньше, чем в области обзора), зато имеется множество (в 150 раз больше) других, адаптивных фоторецепторов, реагирующих только на изменение сигнала. Совместная обработка сигналов тех и других фоторецепторов обеспечивает высокое быстродействие зрительного восприятия в этой области. Кроме того, человек способен быстро улавливать малейшие движения боковым зрением. Функциями захвата управляют отделы среднего мозга. Здесь интересующий объект не рассматривается и не распознается, а определяется его относительное расположение, скорость и направление движения и даётся команда глазодвигательным мышцам — быстро повернуть оптические оси глаз так, чтобы объект попал в зону обзора для детального рассмотрения.

Третью область образуют краевые участки сетчатки, на которые не попадает изображение объекта. В ней плотность фоторецепторов самая маленькая — в 4000 раз меньше, чем в области обзора. Ее задача — измерение усредненной яркости света, которая используется зрением как точка отсчета для определения интенсивности попадающих в глаз потоков света. Именно поэтому при различном освещении зрительное восприятие меняется.