Model Komputer Tingkat Lanjut Memungkinkan Peningkatan pada Teknologi “Bionic Eye”

Para peneliti mengembangkan model komputer canggih yang divalidasi secara eksperimental yang mereproduksi bentuk dan posisi jutaan sel saraf di mata, serta properti fisik dan jaringan yang terkait dengannya. Berfokus pada model sel saraf yang mengirimkan informasi visual dari mata ke otak, para peneliti mengidentifikasi cara yang berpotensi meningkatkan kejernihan dan memberikan penglihatan warna ke perangkat prostetik retinal di masa depan.

Peneliti di Keck School of Medicine USC mengembangkan sinyal yang dapat meningkatkan penglihatan warna dan kejernihan pada prostesis untuk tunanetra.

Ada jutaan orang yang menderita kehilangan penglihatan akibat penyakit mata degeneratif. Kelainan genetik retinitis pigmentosa hanya mempengaruhi 1 dari 4000 orang di seluruh dunia.

Saat ini, ada teknologi yang tersedia untuk menawarkan pandangan parsial kepada orang-orang dengan sindrom tersebut. Argus II, prostesis retina pertama di dunia, mereproduksi beberapa fungsi bagian mata yang penting untuk penglihatan, untuk memungkinkan pengguna merasakan gerakan dan bentuk.

Sementara bidang prostesis retinal masih dalam tahap awal, bagi ratusan pengguna di seluruh dunia, “mata bionik” memperkaya cara kita berinteraksi dengan dunia setiap hari. Misalnya, melihat kontur objek memungkinkan mereka berpindah ke lingkungan asing dengan keamanan yang ditingkatkan.

Ini hanya permulaan. Para peneliti sedang mencari perbaikan masa depan pada teknologi, dengan tujuan yang ambisius.

Gianluca Lazzi

Gianluca Lazzi, PhD. Kredit: Gianluca Lazzi

“Sasaran kami sekarang adalah mengembangkan sistem yang benar-benar meniru kompleksitas retinal,” kata Gianluca Lazzi, Profesor Ophthalmology dan Teknik Elektro di USC’s Keck School of Medicine dan USC’s School of Viterbo Engineering.

Dia dan rekan-rekannya di USC telah mengembangkan kemajuan dengan beberapa penelitian terbaru menggunakan model komputer tingkat lanjut tentang apa yang terjadi di retina. Model mereka yang divalidasi secara eksperimental mereproduksi bentuk dan posisi jutaan sel saraf di mata, serta properti fisik dan jaringan yang terkait dengannya.

“Hal-hal yang bahkan tidak dapat kami lihat sebelumnya, sekarang kami dapat membuat model,” kata Lazzi, yang juga Profesor Fred H. Cole di bidang Teknik dan direktur Institut Teknologi dan Sistem Medis USC. “Kami dapat meniru perilaku sistem saraf, sehingga kami benar-benar dapat memahami mengapa sistem saraf melakukan apa yang dilakukannya.”

Berfokus pada model sel saraf yang mengirimkan informasi visual dari mata ke otak, para peneliti mengidentifikasi cara yang berpotensi meningkatkan kejernihan dan memberikan penglihatan warna ke perangkat prostetik retinal di masa depan.

Mata, bionik, dan lainnya

Untuk memahami bagaimana model komputer dapat meningkatkan mata bionik, ada baiknya mengetahui sedikit tentang cara kerja penglihatan dan cara kerja prostesis.

Saat cahaya masuk ke seluruh mata, lensa memfokuskannya pada retina, di bagian bawah mata. Sel yang disebut fotoreseptor menerjemahkan cahaya menjadi impuls listrik yang diproses oleh sel lain di retina. Setelah transformasi, sinyal ditransmisikan bersama ke sel ganglion, yang mengirimkan informasi dari retina ke otak melalui kabel panjang, yang disebut akson, yang dipasang untuk membentuk saraf optik.

Fotoreseptor dan sel transformasi mati dalam penyakit degeneratif mata. Sel ganglion retinal biasanya tetap berfungsi lebih lama; Argus II mengirimkan sinyal langsung ke sel-sel tersebut.

“Dalam kondisi yang tidak menguntungkan ini, tidak ada lagi masukan yang baik untuk sel ganglion,” kata Lazzi. “Sebagai insinyur, kami bertanya-tanya bagaimana kami dapat menyediakan input listrik itu.”

Seorang pasien menerima implan mata kecil dengan serangkaian elektroda. Elektroda tersebut diaktifkan dari jarak jauh ketika sinyal ditransmisikan oleh sepasang kacamata khusus yang memiliki kamera. Pola cahaya yang terdeteksi oleh kamera menentukan sel ganglion mana di retina yang diaktifkan oleh elektroda, mengirimkan sinyal ke otak yang menghasilkan persepsi gambar hitam dan putih yang terdiri dari 60 titik.

Model komputer menilai kemajuan baru

Dalam kondisi tertentu, elektroda di dalam implan secara tidak sengaja merangsang akson sel yang dekat dengan targetnya. Untuk pengguna mata bionik, stimulasi di luar lingkup akson ini menghasilkan persepsi bentuk yang memanjang, bukan titik. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Transaksi IEEE pada Sistem Saraf dan Teknik Rehabilitasi, Lazzi dan rekan-rekannya telah mengimplementasikan model komputer untuk mengatasi masalah ini.

“Anda ingin mengaktifkan sel ini, tetapi bukan akson di dekatnya,” kata Lazzi. “Jadi kami mencoba membayangkan bentuk gelombang stimulasi listrik yang memiliki tujuan yang lebih tepat ke sel.”

Para peneliti menggunakan model untuk dua subtipe sel ganglion retinal, di tingkat sel dan juga di jaringan yang sangat besar. Mereka mengidentifikasi pola denyut nadi pendek yang secara istimewa menargetkan badan sel, dengan sedikit aktivasi di luar target akson.

Studi terbaru lainnya di jurnal Laporan Ilmiah menerapkan sistem pemodelan komputer yang sama ke dua subtipe sel yang sama untuk menyelidiki cara menyandikan warna.

Penelitian ini didasarkan pada penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa pengguna Argus II merasakan variasi warna dengan perubahan frekuensi sinyal listrik – berapa kali sinyal diulang untuk durasi tertentu. Dengan menggunakan model tersebut, Lazzi dan rekan-rekannya mengembangkan strategi untuk mengatur frekuensi sinyal untuk menciptakan persepsi warna biru.

Di luar kemungkinan menambahkan penglihatan warna ke mata bionik, pengkodean warna dapat dikombinasikan dengan kecerdasan buatan dalam kemajuan berbasis sistem di masa mendatang, membuat elemen yang sangat penting di lingkungan seseorang, seperti dan wajah atau pintu, makanan ringan.

“Jalan yang harus ditempuh masih panjang, tapi kita menuju ke arah yang benar,” kata Lazzi. “Kita bisa mempersembahkan prostesis ini dengan kecerdasan, dan dengan pengetahuan muncullah kekuatan.”

Referensi:

“Warna dan selektivitas sel subtipe sel ganglion retina melalui modulasi frekuensi stimulasi listrik” oleh Javad Paknahad, Kyle Loizos, Lan Yue, Mark S. Humayun, dan Gianluca Lazzi, 4 Maret 2021, Laporan Ilmiah.
DOI: 10.1038 / s41598-021-84437-w

“Stimulasi Target Sel Ganglion Retinal pada Prostesis Epiretinal: Studi Komputasi Multiskala” oleh Javad Paknahad, Kyle Loizos, Mark Humayun dan Gianluca Lazzi, 29 September 2020, Transaksi IEEE pada Sistem Saraf dan Teknik Rehabilitasi.
DOI: 10.1109 / TNSRE.2020.3027560

Tentang studi

Kedua studi tersebut dilakukan oleh tim peneliti USC yang sama. Penulis pertama dari keduanya adalah Javad Paknahad, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang teknik elektro. Penulis lain termasuk Kyle Loizos dan Dr. Mark Humayun, salah satu penemu prostesis retinal Argus II.

U Laporan Ilmiah Studi ini didukung oleh National Science Foundation (1833288), National Institutes of Health (R21EY028744, U01EB025830) dan Research to Prevent Blindness.

Pengungkapan: Mark Humayun, MD, PhD, adalah salah satu penemu seri pabrik Argus dan menerima haknya.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.