Глава 1. Ретинальные протезы: краткая история

ганглиозных клеток сохраняется при влажной ВМД, а плотность ганглиозных клеток при сухой ВМД существенно не отличается от нормальных глаз даже в участках сетчатки, где фоторецепторов практически не осталось (Kim et al. 2002; Medeiros and Curcio 2001). Морфологические исследования у пациентов с тяжёлым ПР выявляют умеренную сохранность нейронов внутренней сетчатки: 70–80% биполярных клеток и 25–40% ганглиозных клеток (Santos et al. 1997; Humayun et al. 1999; Weiland et al. 2011). Сохранность внутренней сетчатки указывает на возможность восстановить зрение, создав механизм стимуляции, который обходит повреждённый слой фоторецепторов и напрямую взаимодействует с оставшимися нейронами внутренней сетчатки.

Основы электрической стимуляции сетчатки

В биоэлектронных имплантатах сетчатки массив электродов располагают в непосредственной близости от сетчатки, и он образует электрохимическую границу с физиологическим раствором. Ток, вводимый стимулирующими электродами, проходит через ткани сетчатки к возвратному электроду, расположенному либо на самом массиве, либо на удалении. Ток, подаваемый во внеклеточную среду, вызывает перераспределение зарядов на клеточной мембране нейронов сетчатки. При катодной стимуляции на наружной стороне мембраны под электродом накапливаются отрицательные заряды, что вызывает внутриклеточное перемещение положительных зарядов из соседних участков в эту область; в результате вблизи электрода возникает сильная деполяризация мембраны, а дальше — слабая гиперполяризация. Генерация потенциалов действия начинается, когда деполяризация мембраны превышает порог.

При электрической стимуляции такой сложной нейронной сети, как сетчатка, в деполяризацию нейронов вносит вклад перераспределение зарядов на мембране и аксонов, и сомы, и дендритов. Начальный сегмент аксона (НСА) ганглиозной клетки сетчатки (ГКС) расположен у проксимального конца, рядом с сомой, и содержит высокую плотность натриевых каналов. Внеклеточная стимуляция, локализованная в разных отделах ганглиозных клеток сетчатки, показывает, что самый низкий порог активации у НСА, затем у других участков аксона и сомы, а наивысший порог к электрическим стимулам у дендритов (Tsai et al. 2012). На субклеточном уровне потенциалы действия, возникшие в одном элементе нейрона, могут распространяться на другой, существенно влияя на временну́ю и пространственную динамику ответа клетки. Например, показано, что активация проходящих аксонов ганглиозных клеток вблизи электрода может вызывать возмущение мембранного потенциала, которое распространяется ортодромно к дистальному концу аксона и антидромно к соме (Tsai et al. 2012). Антидромно распространившаяся деполяризация может вызвать разряд сомы, расположенной дальше от электрода, что даёт размытую карту активации сетчатки. На уровне сети синаптическая передача во внутренней сетчатке формирует непрямую активацию ганглиозных клеток и, предположительно, модуляцию их сигналов.

Форма стимулирующего сигнала признана ключевым фактором, определяющим картину ответа сетчатки. Изменения силы, длительности и частоты импульсов влияют на избирательность к популяциям клеток, пространственный профиль активации и эффективность стимуляции