01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Медицина
26 октября 2016
Свет в конце тоннеля: как слепые смогут «прозреть»

Мозг слепых учится принимать сигналы от протезов, заменяющих сетчатку

Новые протезы на сетчаке
Castaldi E, Cicchini GM, Cinelli L, Biagi L, Rizzo S, Morrone MC (2016).

Может ли мозг взрослого, давно ослепшего человека снова научиться воспринимать и обрабатывать световые сигналы, если за долгие годы он привык к жизни «в темноте»? Ответ на этот вопрос предлагают ученые из Пизанского и Флорентийского университетов, опубликовавшие отчет о работе с семью пациентами в журнале PLOS One.

Морковка и «тоннельное зрение»

В мире 40 миллионов слепых, в России — от 100 до 200 тысяч (точного количества не знает даже Всероссийское общество слепых). Большинство из них теряет зрение из-за медленной, прогрессирующей в течение многих лет, но неотвратимой деградации сетчатки.

Подобное происходит, в том числе, с больными пигментным ретинитом. Как хлорофилл в растении, особые зрительные пигменты нашего глаза могут улавливать кванты света. Состоят эти пигменты из белков семейства опсинов и ретиналя — производного витамина А (ретинола), который наш организм может получать из бета-каротина (вот почему для остроты зрения родители советовали нам есть морковку). Опсины работают как каналы в мембране клеток, выполняющих зрительную функцию, и меняют свою форму в зависимости от освещения, регулируя потоки ионов натрия и калия, важные для формирования электрического потенциала. В результате клетки возбуждаются, и мы можем видеть.

У рецепторов-палочек (благодаря которым мы ориентируемся в сумерках и различаем изумрудные оттенки зеленого) этот белок называется скотопсин, а белок колбочек (рецепторов, позволяющих различать большинство цветов) — фотопсин. При пигментном ретините нарушается функция зрительных пигментов или пигментного слоя эпителия сетчатки, чаще всего в направлении от периферии к центру, что создает эффект «тоннельного зрения», когда человек видит только центральную область, а вокруг нее сгущается темнота.

«Свет моих очей»

Ученые работают над созданием технологий, позволяющих улавливать свет и посылать вместо «молчащей» теперь сетчатки сигналы в мозг. Можно, например, воспользоваться достижениями генной терапии: технологией СRISPR или оптогенетикой — методом, основанном на встраивании в мембрану клетки опсинов (чаще всего, бактериальных) с помощью безвредных кусков «прирученных» вирусов. Если встроить работающие опсины вместо «сломанных» прямо в светочувствительные рецепторы клеток сетчатки, эти рецепторы снова обретут способность получать информацию из внешнего мира. Эти разработки пока еще не вошли в широкую практику (хотя на мышах уже успешно тестируются), но есть и более реалистичные пути. До стадии коммерческого использования уже дошли два имплантата — чипа с электродами, один из которых вживляют во внутренний слой сетчатки, а другой может возбуждать отростки нервных клеток.

Но одно дело — исправить датчик (белок-«счетчиков квантов»), а совсем другое — заставить мозг, десятки лет не получавший визуальных сигналов, обработать такой тип информации. У одного из пациентов, описанных в предыдущих исследованиях, зрение пропало в 3 года, когда оно еще окончательно не сформировалось. Мужчина в течение 40 лет не ощущал никаких световых стимулов, а затем, 40 лет спустя, зрение восстановили с помощью протеза. Исследование показало, что в таких случаях пластичность мозга ограничена, и пациенту трудно заставить свой мозг вспомнить, как надо видеть. Другие работы в этой области продемонстрировали, что мешать восстановлению может измененная кросс-модальная пластичность — способ «компенсации» мозгом неработающего органа чувств за счет других (например, обострение слуха у слепых).

Однако все еще оставалось неясным, по какому механизму действуют два существующих протеза: на уровне пигментных клеток или подключаясь к зонам мозга, например таламусу или зрительной коре.

Мозг взрослого слепого может научиться видеть заново

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из Пизанского и Флорентийского университетов решили сделать функциональную магнитно-резонансную томографию семи пациентам с пигментным ретинитом, которым вживляли имлантаты. Этот вид томографии — неинвазионный метод, позволяющий следить за изменением рабочего состояния участков головного и спинного мозга с помощью притока к ним крови, поскольку известно, что интенсивно работающая нервная ткань (как и, впрочем, любая ткань) нуждается в усиленном питании.

Пациентам была проведена фМРТ до операции, затем им вживили имплантаты в один глаз, контактирующие с отростками их нервных клеток, и несколько раз провели фМРТ по прошествии времени в трех состояниях: с включенным имплантатом, с выключенным и с глазом, в котором микрочипа не было. Имплантация прошла успешно у шести испытуемых, у седьмого через два месяца началось отслоение сосудистой оболочки глаза, и ему пришлось перенести еще две операции.

До хирургического вмешательства активность мозга пациентов в ответ на серию вспышек света была очень низкой или отсутствовала вовсе. После операции испытуемые быстро научились использовать свои имплантаты, выполняя простые задания (например, определение положения фигур в пространстве) с 90%-й точностью, когда имплантат был включен.

За месяцы наблюдений испытуемые, постоянно тренировавшие свою способность к зрительному восприятию, показали рост активности в зрительной коре полушарий и таламусе. Чем дольше человек пользовался имплантатом, тем лучше он справлялся с заданиями — и тем больше была активность. Это означает, что мозг взрослого человека достаточно пластичен для того, чтобы «вспомнить», как принимать и обрабатывать зрительные сигналы, даже если он много лет до этого был слепым. Результаты очень оптимистические и, хотя выборка пока была небольшой, все же дают ослепшим людям, у которых свет в конце тоннеля из-за пигментного ретинита уже погас, надежду увидеть все краски мира снова.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое