Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 02 (9)

Разрез под микроскопом: клетки сетчатки крысы мигрируют через крошечное отверстие имплантата

Тут сделаем еще один мини-экскурс в биологию. Глаз имеет примерно 100 миллионов фоторецепторов (это как камера на 100 мегапикселей). Однако в составе зрительного нерва в мозг идет всего 1 млн. раздельных каналов. Информация пропадает? Нет, оказывается, в самой сетчатке уже происходит предварительная обработка, некое суммирование информации.

Сама сетчатка — это ведь не только слой фоторецепторов, но и слой нервной сети. Теперь, если возвращаться к имплантатам с электродами, необходимо сказать — есть несколько подходов к размещению такого имплантата в глазу. Он может занимать различные слои по глубине. Можно обойтись меньшим числом электродов (только тогда необходимо имитировать суммированные сигналы нервной сети сетчатки), а если возбуждать нервные клетки, лежащие ближе к фоторецепторам — можно хорошо воспроизводить систему зрения, только плотность пикселей в имплантате должна быть высокой.

В новом проекте клетки сетчатки заманиваются в полости имплантата. На его поверхности и в отверстиях создается система стимулирующих электродов

Аналогично работает схема с выступами

Чтобы разрешить это противоречие, авторы нового проекта провели ряд опытов на крысах. И обнаружили новый биологический эффект. Ученые внедряли в сетчатки животных полимерные пластинки с маленькими отверстиями — диаметром 15–40 микрон. И вот через считанные часы клетки сетчатки сами начали передвигаться в отверстия, в течение всего нескольких дней заполняя полости под ними. Аналогично клетки вели себя и по отношению к пластине, которую покрывали стройные ряды длинных выступов-башенок. Клетки быстро заполняли промежутки между этими выступами.

“Если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе, — сказал Паланкер. — Мы не можем поместить электроды близко к клеткам. Но мы фактически приглашаем клетки прибыть в область электродов, и они делают это с удовольствием и очень быстро”. Таким образом, в проекте нового имплантата удалось добиться той самой плотности 2,5 тысячи электродов на квадратный миллиметр с соблюдением дистанции между каждым электродом и его личной клеткой — до 7 микрон. Электроды разместили в этих полостях и, соответственно, на выступах. Будет ли рабочий проект иметь отверстия в пластине или наоборот — “башенки” — пока неясно. В случае отверстий можно добиться едва ли не поштучного соединения электродов и клеток, но зато в случае выступов — у клеток лучше снабжение питательными веществами. Выбор будет сделан позже.

Но это — далеко не все отличия проекта от конкурирующих работ. Другие авторы предлагают транслировать на электроды сигнал прямо с камеры на лбу. A в этом есть сильный подвох.

Дело в мельчайших непроизвольных движениях глаз, сканирующих пространство даже тогда, когда нам кажется, что мы неподвижно смотрим в одну точку. Если напрямую связывать камеру на лбу с имплантатом в сетчатке, это свойство зрения пропадает, что очень негативно сказывается на восприятии. А еще — при такой схеме — зрение полностью зависит от числа электродов в имплантате. А что можно увидеть, скажем, в ста пикселях?

Паланкер предложил иную схему. Камера на лбу тут также имеется, но она направляет сигнал в носимый микрокомпьютер (размером с бумажник), который переводит видимое изображение в набор коротких импульсов инфракрасного светодиодножидкокристаллического дисплея, с числом точек в несколько тысяч. Этот поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного перед глазами, проходит через хрусталик и попадает на фоточувствительные диоды имплантата в сетчатке глаза. Те усиливают сигнал, используя энергию от крошечной солнечной батареи, имплантированной в радужку. Эти инфракрасные лучи человек не видит. А вот результат воздействия электрических импульсов на клетки сетчатки — воспринимает как изображение. При этом сам имплантат имеет размер в половину рисового зерна (3 миллиметра) и покрывает 10 градусов поля зрения — его центр.

И тут главный фокус: благодаря стеклу у человека сохраняется естественное восприятие сцены перед ним (теми живыми фоторецепторами, что еще работают в глазу), особенно — периферийным зрением, наряду с наложенным “дополнением” от камеры. И мелкие быстрые движения глаз сохраняют свою важность, — ведь человек сам смотрит как на пейзаж (напрямую), так и на то электронное изображение (пусть инфракрасное). Положение этого изображения на сетчатке (и внедренной решетке электродов, соответственно) меняется вместе с движением глазного яблока. Таким образом, электронный прибор максимально использует оставшиеся естественные способности глаза по обработке зрительной информации.

Сейчас авторы проекта имплантируют устройство крысам, а вскоре должны перейти к опытам на свиньях. Про опыты на людях исследователи пока ничего не говорят.

Бионический глаз Паланкера

Владимир ФРАДКИН

В массовом сознании альтернативными энергоносителями являются исключительно возобновляемые источники энергии — Солнце, ветер, биомасса, морской прибой и тому подобные. Есть, однако, и еще один весьма перспективный, хоть и не возобновляемый энергоноситель: метан с морского дна. Многие о его существовании и не догадываются, что, в общем-то, простительно: ведь еще совсем недавно об этом не знали и ученые. Между тем, на морском дне хранятся огромные запасы метана!

Правда, он находится там в связанном виде — в форме твердых гидратов.

Образование гидратов метана, то есть его соединений с водой, происходит под воздействием высокого давления и низкой температуры — при условиях, вполне типичных для океанских глубин. Там, где океаническая плита, сдвигаясь, уходит под континентальную, возникают зоны мощнейшего сжатия. Они-то и выдавливают наружу метан, образующийся в толще органических отложений. Одна из таких тектонических зон находится у западного побережья Северной Америки. Экспедиция, отправившаяся туда на поиски гидрата метана, действительно его нашла, однако главной сенсацией стало то, что огромные его залежи были обнаружены непосредственно на поверхности морского дна. Профессор Юрген Минерт, научный сотрудник немецкого Исследовательского центра «Geomar» со штаб-квартирой в Киле, говорит: «Мы имеем основания считать, что газовая смесь, заключенная в этой породе, на 98…99 процентов состоит из метана. Когда проба грунта с морского дна поднимается на борт, газ тут же начинает улетучиваться. Черные пятна свидетельствуют о повышенном содержании углерода в осадочных отложениях. Иначе говоря, метан, обнаруженный на морском дне, является продуктом разложения органической материи, результатом отмирания живых организмов, то есть имеет биогенное, а не термогенное происхождение».