Глава 1. Ретинальные протезы: краткая история

(Tsai et al. 2012; Weitz et al. 2014, 2015; Nanduri et al. 2012). При выборе формы стимулирующего сигнала нужно учитывать и соображения электрохимической безопасности. При стимуляции коры головного мозга обезьян обнаружено, что монофазный импульс тока, состоящий только из катодной или анодной фазы и не сбалансированный по заряду, вызывает повреждения, включая утрату электрической возбудимости и жизнеспособности ткани, тогда как при двухфазной сбалансированной по заряду стимуляции сходной силы повреждений не отмечено (Lilly et al. 1952, 1955). Эти и другие исследования (Brummer and Turner 1975) показали, что симметрия электрохимических процессов позволяет сохранять целостность электродов и избегать накопления суммарного заряда на границе «электрод — ткань», которое в конце концов приведёт к опасным химическим реакциям. Современные имплантаты сетчатки в основном используют сбалансированные по заряду двухфазные сигналы, состоящие из катодной фазы для стимуляции и уравновешивающей заряд анодной фазы для ускоренной разрядки электрода.

Разработка протезов сетчатки

Значительный прогресс в области протезов сетчатки был достигнут на рубеже XXI века. В конце 1990-х годов Хумаюн и соавт. (1999) в острых экспериментах показали, что электрический ток, подаваемый на сетчатку через многоэлектродный массив, вызывает фосфены у слепых испытуемых. Испытуемые могли указать положение восприятия в поле зрения и прослеживать его при перемещении электрода в разные точки сетчатки. В другом пилотном исследовании острой стимуляции сетчатки пациенты с ПР сообщали, что способны различить две отдельные точки стимуляции (Rizzo et al. 2003). Эти важные пилотные исследования выявили ретинотопическое соответствие между стимуляцией и возникающими фосфенами и показали принципиальную возможность вызывать с помощью многоэлектродного массива зрительные образы, в какой-то мере отражающие рисунок стимуляции. С тех пор область протезов сетчатки быстро развивалась: появились коммерчески доступные имплантаты Argus II (Second Sight Medical Products, Inc.) и Alpha-IMS (Retina Implant AG), а также несколько других прототипов, проходящих клинические испытания.

Протез сетчатки работает как цельная система, состоящая из нескольких компонентов. Обычно в неё входят устройство получения изображения, процессор изображения, микросхема стимулятора и массив электродов. Изображения поля зрения прямо или косвенно преобразуются в токовые стимулы, которые многоэлектродный массив подаёт на сетчатку. В системе «камера — электрод» изображение снимает видеокамера, а специализированный процессор преобразует его в рисунки стимуляции, которые затем передаются на имплантированную микросхему стимулятора. В фотодиодной системе, напротив, зрительная информация, иногда предварительно обработанная, непосредственно регистрируется фотодиодами, связанными с электродами, и порождает электрические стимулы. При необходимости питание и передача данных между наружной частью устройства и имплантатом часто осуществляются через радиочастотную (РЧ) телеметрию и/или малоинвазивный оптический канал. Несмотря на сходство базовой архитектуры