Oogbol-geïmplanteerde camera

Door een technische fout is een deel van het verhaal op de voorpagina van Kidsweek weggevallen. Het complete artikel kun je hier op de site lezen.

Onderzoekers uit Amerika beweren dat ze een bril hebben ontwikkeld, waarmee ze veel oogpatiënten hun zicht kunnen teruggeven. Ze mogen hun uitvinding nu op een grote groep mensen gaan testen. De eerste proefpersonen zijn razend enthousiast. - Door Dennis Rijnvis

'In het begin zag ik alleen een paar lichtvlekjes. Maar het werden er al snel meer. Als ik nu over straat loop, kan ik laaghangende takken weer onderscheiden. Ik zie zelfs de hoeken en de vormen van de takken, dus ik kan ze ontwijken. Ik kan ook weer drukke wegen oversteken, want ik herken de witte strepen van de zebra op de weg. Het is ongelooflijk om weer te kunnen zien.'

Dit zei de Amerikaan Terry Blyland vorige week tegen de BBC. Hij was dertien jaar blind. Maar nu is hij één van de eerste zes proefpersonen die een nieuw apparaatje tegen blindheid testen.

Elektronisch oog
Terry draagt een bril waarop een kleine videocamera zit - een soort elektronisch oog. De beelden van die camera worden draadloos verzonden naar een computerchip die doktoren tijdens een operatie onder zijn oog hebben geplaatst. De chip vertaalt de videobeelden en verstuurt ze met elektrische signalen naar zijn hersenen. Dat gaat allemaal zo snel, dat Terry zich binnen een duizendste van een seconde bewust is van wat zich voor de videocamera afspeelt. Het systeem moet ook wel zo snel werken, want als er een vertraging in de filmpjes zou zitten, zouden de patiënten misselijk of duizelig worden.

Zenuwen
De Amerikaanse wetenschappers noemen hun uitvinding Argus II. Ze hebben vorige week toestemming gekregen om de bril te gaan testen op een grote groep van ruim honderd blinde proefpersonen. Als die testen allemaal goed gaan, kunnen over twee of drie jaar ook mensen in andere landen gebruik gaan maken van de uitvinding.

De elektronische bril is alleen geschikt voor blinden die vroeger wél konden zien. Bij hen werken de zenuwen achter hun ogen nog. En dat is nodig om de beelden van de camera door te kunnen geven aan de hersenen. Toch zou de uitvinding ontzettend veel blinden kunnen helpen. In de hele wereld zijn er bijna twaalf miljoen mensen die hun zicht hebben verloren. Vaak lijden ze aan ouderdomsblindheid, maar het komt ook voor dat mensen door een ziekte al op heel jonge leeftijd blind worden.

Schaduwen
De beelden die de Argus II naar de hersenen van de proefpersonen stuurt, zijn nog wel erg wazig. Ze bestaan voor een groot deel uit schaduwen. Toch is dat volgens de uitvinders van het elektronische oog een gigantische vooruitgang, die je je bijna niet kunt voorstellen als je ogen gewoon goed werken.

'Voor ons zou het vervelend zijn om alleen donkere schaduwen en licht te zien', zegt professor Gislin Dagnelie. Maar onze proefpersonen konden opeens weer vormen van lepels en messen onderscheiden. En belangrijker: ze kunnen de weg weer vinden in gebouwen, omdat ze obstakels kunnen ontwijken en een deur of een raam herkennen.'

Bijzonder
Gezichten kunnen de deelnemers aan het proefproject voorlopig nog niet herkennen, ook al zijn de wetenschappers nog druk bezig om hun uitvinding te verbeteren. Maar proefpersoon Terry is al blij dat hij de donkere omtrek van zijn familieleden kan zien. 'Pas liep ik een stukje over straat samen met mijn zoon. Ik zag zijn schaduw, die had ik dertien jaar geleden voor het laatst gezien, toen was hij vijf. Het was een heel bijzonder moment.'

Blind in Nederland

Er wonen ongeveer 650.000 slechtzienden in Nederland, maar daarvan is maar een heel klein gedeelte helemaal blind. Naar schatting zien 16.000 Nederlanders helemaal niets. Zij kunnen hooguit nog licht en donker onderscheiden. Ruim 150.000 mensen zien onvoldoende om een vriend aan de overkant van de straat te herkennen.
(cijfers: Verweij Jonker Instituut)

Over de hele wereld zijn er miljoenen mensen (deels) blind. Veel van hen hebben het zicht verloren tijdens een ongeluk. Daar kan verandering in komen want er is een baanbrekend apparaat uitgevonden dat blinden weer gedeeltelijk hun zicht kan teruggeven.

Neurochirurg Kenneth Smith, M.D., van de Saint Louis University School of Medicine zegt dat dit de eerste stap is naar een oplossing waarbij mensen kunnen zien zonder ogen. "They are really seeing. The brain is getting impulses just like when you and I see.", aldus K. Smith.

Een camera die in de oogkassen is geplaatst, staat direct in verbinding met een kleine computer en de hersenen. De computer zendt elektrodes naar de hersenen via een een draad. Zo krijgen patiënten gedeeltelijk licht en buitenste punten van een voorwerp te zien.

Het grootste probleem van de operatie is dat er een infectie kan optreden op de plaats waar de draad het hoofd ingaat. Verder zal deze manier van zien alleen werken, als de patienten ooit al gezien hebben.
De operatie is nog niet officieel mogelijk in de Verenigde Staten, maar Dr. Smith zegt dat daar binnen vijf jaar verandering in moet komen.

Dit is overigens niet de eerste methode om blinden weer helpen te zien. Een aantal jaren geleden werd er een methode uitgevonden waarbij de hersenen met een computer in contact stonden. Op deze manier kreeg de patient een zwart vlak te zien. Op dit zwarte vlak werden de hoeken van een gebouw "geprojecteerd" die te zien waren als punten (dots).

Volgens de recente octrooiaanvraag implanteren van een micro-camera direct in de oogbol kan een toekomstige oplossing voor het herstel van het zicht te blind of mensen met een beschadigd gezichtsvermogen. Eigenlijk technologie te herstellen zicht op de blinde door het gebruik van elektronische netvliezen ontwikkeld werd enige tijd geleden, maar de link tussen het netvlies en externe camera's was met draden, die een aanzienlijke achterstand. Maar deze nieuwe methord laat de camera kan worden opgeladen via draadloze en rechtstreeks communiceren met een chip geïmplanteerd op de achterkant van het oog.

UCLA Optische ingenieur, Michelle Hauer, denkt dat de technologie kan hebben genoeg gevorderd om een piepkleine camera in de lens van het oog, die zich kunnen aanpassen aan de cornea optische effecten en misschien met haptics te stabiliseren haar standpunt. De camera zou zendt beelden naar een zenuw-stimulating chip aan de achterkant van het oog, wat resulteert in een complete elektronische vision systeem.

High-tech hoop voor blinden en slechtzienden
SAMENVATTING
Langlopend onderzoek naar kunstmatige ogen begint vrucht af te werpen. Met een direct implantaat in de hersenen kunnen blinden en slechtzienden weer ‘beelden’ van de wereld om hen heen zien. Naast dit implantaat bestaan ook andere, minder ingrijpende oplossingen. Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen, van de directe lijn naar de hersenen tot het kunstmatige netvlies.

Er gloort hoop aan de horizon voor slechtzienden en blinden, en een paar van hen hebben dat licht al duidelijk gezien. Deze mensen zijn proefpersonen in het onderzoek van dr. William Dobelle, die al sinds 1968 werkt aan kunstmatige ogen. In de laatste paar jaar heeft hij een werkend en draagbaar systeem gebouwd voor mensen die niet meer in aanmerking komen voor netvlies-transplantatie. Dr. Dobelle is van plan het systeem binnen afzienbare tijd op de markt te brengen.

Een draadje in je hersenen
De kern van het Dobelle-oog is een directe lijn naar de ‘visuele cortex’, het deel van de hersenschors dat invoer van de ogen krijgt. Het apparaat van Dobelle bestaat uit een miniatuur-camera, een ultrasone afstandsmeter, een draagbare computer en een implantaat in de hersenen. De computer ‘vertaald’ beelden en afstanden naar elektrische signalen. Deze signalen worden via 68 elektrodes van platina naar de hersenen gestuurd.

Een schets van het Dobelle-oog. Een bril met daarop een miniatuur-camera en een afstandsmeter dient als ‘oog’. De informatie van de bril gaat eerst naar een computer, die het beeld bewerkt tot impulsen waar de hersenen iets mee kunnen. Die impulsen worden via het implantaat in de schedel naar de visuele cortex gestuurd.bron: Dobelle Institute



De drager van een Dobelle-oog ziet niet op de manier waarop u en ik waarnemen. De gewaarwording die het apparaat geeft is van witte flitsen op een zwarte achtergrond. Het blikveld is een gebiedje van 20,32 bij 7,62 centimeter op een armlengte afstand, met recht tunnelvisie dus. Naar schatting is het beeld twintig keer minder dan dat van een gezond oog, maar het is wel beter dan niets. Proefpersonen kunnen de weg vinden in onbekende omgevingen als de metro van New York, letters van 5 centimeter hoog op een afstand van anderhalve meter lezen en zelfs – zij het langzaam en niet op de openbare weg – auto rijden.

Een proefpersoon met het Dobelle-oog rijdt in een auto. Het beeld in de achteruitkijkspiegel is te klein om met het implantaat waar te nemen, dus kijkt de proefpersoon met zijn hoofd uit het raam.bron: Dobelle Institute



Star Trek fans zullen wel een ‘zie je wel!’ laten horen als ze voor het eerst van het Dobelle-oog horen. Niet verwonderlijk, want het idee lijkt wel een directe kopie uit de serie ‘The Next Generation’. In die serie is het hoofd van de Technische Dienst aan boord van de Enterprise een blinde. Met een speciaal implantaat kan hij echter beter zien dan de meesten! Dobelle heeft zijn idee niet van de ‘visor’ van deze Geordi LaForge afgekeken. De schrijvers van de serie riepen juist Dobelle’s hulp in om te brainstormen over zo’n prothese.

Dr. Dobelle werkt al sinds 1968 aan zijn apparaat. Een van de struikelblokken in het onderzoek waren de computer en de sensoren in het apparaat. Toen zijn eerste patiënt in 1978 de elektrodes kreeg ingebouwd, bestond er nog niet zoiets als de laptop. De toen gebruikte computer woog honderden kilo’s en was zo groot als een boekenkast. Nu, zes generaties van het systeem later, volstaat een computer zo groot als een woordenboek.

De plannen voor de toekomst zijn tweeledig: aan de ene kant willen Dobelle en zijn team meer elektroden in de hersenen in gaan brengen, om de kwaliteit van het geproduceerde beeld te verbeteren. Aan de andere kant willen ze de apparatuur verder miniaturiseren. Er is natuurlijk nog een lange weg te gaan tot de ‘visor’, met zijn ingebouwde radar, infraroodscanner en prachtige beelden van de omgeving. Toch is er alle reden voor tevredenheid en hoop voor de toekomst: als men in zo’n dertig jaar van nul tot het bestaande systeem is gekomen, wat zal de toekomst dan niet brengen?

Minder naalden, alstublieft?
Blinden die nog een beetje huiverig zijn om elektrode in hun hersenen te laten plaatsen hebben ook andere opties dan het Dobelle-oog. Op verschillende plaatsen in de wereld worden apparaten ontwikkeld die de werking van het oog ondersteunen in plaats van het compleet te omzeilen. Twee van die projecten zijn het ASR (Artificial Silicon Retina) en ARCC (Artificial Retina Component Chip). Beide projecten willen een stukje kunstmatig netvlies ontwerpen, al verschillen hun oplossingen wel iets.

Zowel ASR als ARCC zijn kleine stukjes silicium-chip die in het netvlies worden ingebouwd. De ASR vangt licht dat op het netvlies valt op en zet dat door middel van de 3500 ingebouwde zonnecelletjes om in elektrische impulsen. De ARCC heeft een energiebron van buitenaf nodig. Met een klein lasertje op een bijgeleverde bril wordt de chip van energie voorzien. Ook de ARCC produceert een elektrisch signaal. Die impulsen gaan daarna via de oogzenuw naar de hersenen. In de hersenen worden de elektrische signalen vertaald naar een beeld van de wereld. Voorlopig produceren zowel de ASR als de ARCC nog erg ruwe beelden. De onderzoekers die aan de twee projecten werken zijn van plan daar verbetering in te brengen: over een paar jaar willen ze de chips zo gevoelig hebben, dat iemand die voorheen blind was met de chips de krant kan lezen.

Kunnen blinden zien?

Technologisch komen er steeds meer mogelijkheden om visuele signalen van een camera om te zetten naar alternatieve stimuli. Te denken valt hierbij aan het implanteren van een matrix van elektroden in het netvlies, de optische zenuw, de thalamus of de visuele cortex, om daarmee visuele percepten en grove beelden op te wekken. Maar ook liggen er mogelijkheden voor niet-invasieve methoden, waarbij visuele signalen van een camera automatisch worden omgezet naar stimuli voor een nog werkend zintuig, zoals de tastzin of het gehoor: sensorische substitutie. Wereldwijd wordt aan al deze methoden onderzoek gedaan, en Peter Meijer zal in zijn presentatie hiervan een kort overzicht geven.

Vervolgens zal Peter Meijer dieper ingaan op de omzetting van camerabeelden in geluid, met een aanpak die bekend staat als "The vOICe". Dit betreft een technologie die door hem wordt ontwikkeld en geëvalueerd in een open innovatie samenwerking met diverse universitaire partners in de VS en in Europa. Ook wordt The vOICe al enige tijd toegepast door blinde eindgebruikers, en recent en lopend onderzoek bij onder andere Harvard Medical School laat zien welke veranderingen plaatsvinden in de hersenen van ervaren blinde gebruikers. In Europa is vorig jaar vanuit de universiteit Düsseldorf een nieuw internationaal onderzoeksproject gestart dat mogelijke (en ook gewenste) verbanden tussen sensorische substitutie en synesthesie gaat bekijken. In Nederland neemt het F.C. Donders Instituut in Nijmegen deel aan dit project.

De ICT-implementatie van sensorische substitutie kan gezien worden als een concrete en sociaal relevante uitwerking van diverse concepten binnen ambient intelligence en wearable computing, maar het raakt ook aan klassieke filosofische vraagstukken rond wat "zien" nu eigenlijk is. Voor blinde eindgebruikers telt niet alleen de praktische toepasbaarheid, maar ook hoe de technologie meer in het algemeen bijdraagt tot hun welbevinden (well-being). ICT levert tevens een wezenlijke bijdrage tot de efficiënte uitwisseling van kennis en ervaring tussen de geografisch zeer verspreid levende blinde eindgebruikers.

Meer informatie is te vinden op http://www.seeingwithsound.com http://www.ict-kenniscongres.nl/?m=42&p=11

Blinden zien met siliconen ogen

door de 404 redactie

9 December 2002 - Amerikaanse onderzoekers ontwikkelen een chip waarmee miljoenen mensen weer zouden kunnen zien, zo meldt BBC. De chip werkt als een kunstnetvlies en stimuleert onbeschadigde cellen op het netvlies zodat deze signaaltjes naar de hersenen sturen. Proeven op honden hebben al aangetoond dat de chips werken. De onderzoekers geven aan nog drie jaar nodig te hebben voor de ontwikkeling van een chip die geschikt is voor mensen. De chip zou chirurgisch in het oog aangebracht moeten worden.
De chip meet 4 milimeter met als grondbestanddeel polidimethylsiloxaan (PDMS), in de volksmond ook wel bekend als siliconen. Dit bestanddeel wordt al meer dan dertig jaar voor menselijke implantaties gebruikt. Het voordeel van 'siliconen' is dat het materiaal flexibel is, waardoor het makkelijk de vorm van het netvlies aanneemt en het daardoor niet beschadigt.
Het prototype implantaat bevat zestien electrodes die onderscheid tussen licht en donker mogelijk maken. De volgende generatie kunstnetvliezen zullen meer dan duizend elektrodes bevatten waardoor het zien van beelden mogelijk zou worden.

Echt onvoorstelbaar hoe de ontwikkelingen gaan zeg. Ik kreeg hier gewoon rillingen van. Moet je je eens voorstellen hoe het voor blinde mensen zou zijn om weer te kunnen zien zeg. Al begint het alleen maar met licht en donker, dat is al heel wat voor hen, laat staan als ze in staat zijn om weer "beelden" te gaan zien.