İnsan gözü, retinadaki ışık alıcı hücrelere (fotoreseptörler) dayanır. Bu hücreler görünen ışığa tepki vererek optik sinirdeki nöronları tetikler ve beyne sinyaller gönderir. Bu fotoreseptörlerin bozulması, körlük dahil olmak üzere görme bozukluklarının önde gelen nedenidir.
Ancak Çin'deki Fudan Üniversitesi'nden bir bilim insanı ekibi, bozulan fotoreseptörlerin yerini alabilecek ve hatta bonus olarak kızılötesi görüş sağlayabilecek prototip retina implantları geliştirdi. Ne yazık ki, bu implantlar henüz sadece hayvanlar üzerinde test edildiği için, onları fütüristik bir göz protezi gibi kullanabilmekten henüz oldukça uzaktayız.
Çip Üzerinde Görüş Teknolojisi
Daha önce kör insanlara en azından bir miktar görüş kazandıran retina implantları üzerine yapılan çalışmalar, retinadaki nöronları elektriksel olarak uyarmak için elektrot dizileri kullanıyordu. Bu yöntem, hasarlı fotoreseptör hücrelerinin yerini alıyordu. Hastanın, implanta sinyal gönderen ve bu uyarıyı aktive eden bir kamera takması gerekiyordu. Ancak bu implantlar güç kaynağına ihtiyaç duyuyordu, güvenilir değildi, kullanımı zordu, çözünürlükleri sınırlıydı ve ameliyat prosedürü son derece karmaşıktı.
Tüm bu nedenlerden dolayı, bu eski tip implantlar piyasadan çekildi. Fudan ekibinin başardığı ise harici bir kameraya ve güç kaynağına ihtiyaç duymayan bir implant geliştirmek oldu.
Geliştirme süreci, doğru malzemeyi belirlemeye yönelik kapsamlı simülasyonlarla başladı. İdeal aday fotovoltaik bir malzemeydi; yani geniş bir ışık spektrumuna tepki olarak harici bir voltaj olmadan fotoakım üretebilmeliydi. Bu simülasyonlardan çıkan ana malzeme, metallerin ve ametallerin özelliklerini paylaşan nadir, gümüşi beyaz bir element olan tellür oldu. Fudan ekibi, tellür nanotel ağı kullanarak prototip retina implantları üretti.
İmplantlar hazır olduğunda, bilim insanları önce fareler üzerinde, ardından insana daha yakın primatlar üzerinde bir dizi test gerçekleştirdi.
Kör Fareler Görmeye Başladı
Deneyler için, doğuştan kısa süre sonra fotoreseptör hücrelerinin bozulması nedeniyle görme yetilerini kaybeden genetik olarak kör fareler seçildi. Tellür ağ cihazları, fotoreseptör katmanı ile retinal pigment epiteli arasındaki dar alana implante edildi. Bu alan, implantların nöronlarla arayüz kurabileceği bir yerdi. İmplantların biyouyumlu olduğundan, vücut tarafından reddedilmediğinden ve aşırı iltihaplanmaya neden olmadığından emin olunduktan sonra, ekip farelerin görsel görevlerde ne kadar iyi performans gösterdiğini kontrol etmeye başladı.
İlk test oldukça basitti ve ışığın farelerin gözlerine tutulmasıyla göz bebeklerinin kasılıp kasılmadığını gözlemlemeye dayanıyordu. Sonuçlar umut verici görünüyordu; kör farelerin göz bebekleri sağlıklı hayvanlarda olduğu gibi kasılıyordu. İkinci, biraz daha karmaşık görev ise implantın farelerin ışığı bilinçli olarak algılamasını sağlayıp sağlamadığını kontrol etmek için tasarlandı. Yani, görsel uyaranların beyinlerinin doğru bölgelerinde sinyallere doğru şekilde dönüştürülüp dönüştürülmediği test edildi.
Hayvanlar iyi aydınlatılmış bir kafese konuldu ve ışıklar söndükten sonra üç saniye içinde bir yüzeyi yalarlarsa suyla ödüllendirildi. Burada, implante edilmiş farelerin başarı oranı %85'in üzerindeyken, sağlıklı görüşlü, implante edilmemiş kontrol grubundaki farelerin başarı oranı %98 idi (tedavi edilmemiş kör farelerin başarı oranı %25-26 arasındaydı, bu da rastgele başarıdan iyi değildi). İmplantlı fareler ayrıca bir LED ışık kaynağının yerini belirleyebiliyor ve hatta fareler kadar iyi olmasa da farklı şekilleri (üçgenler, kareler, daireler) ayırt edebiliyordu.
Ve bunun da ötesinde, bir süper güç kazandılar. Tellür ağları, normal insan görme aralığından daha geniş bir ışık spektrumuna tepki verir. Sağlıklı bir insan veya kemirgen gözünün göremediği yakın kızılötesi dalga boylarına maruz kaldıklarında akım üretirler. Sağlıklı fareler, aydınlatma standart görsel aralıkta tutulduğunda ekibin onlara verdiği görevlerde mükemmel performans gösterirken, ışıklar kızılötesine geçirildiğinde rastgele başarıdan daha iyi performans göstermediler. İmplantlı fareler ise görsel aralıktaki kadar iyi olmasa da oldukça iyi performans gösterdiler.
Son olarak, tellür ağları, özellikle sundukları kızılötesi görme yeteneği, fareden çok daha insana yakın bir hayvan modeli olan sağlıklı makaklar üzerinde test edildi. İmplantlı makakların kızılötesi ışığı algılayabildiği ve normal görüşlerinin değişmeden kaldığı ortaya çıktı.
Ancak, göz implantlarıyla fütüristik bir seviyeye ulaşmadan önce hala birkaç engel bulunuyor.
Hassasiyet Sorunları
Fudan ekibinin makalelerinde de kabul ettiği gibi, tellür ağları doğal fotoreseptörlerden çok daha az ışığa duyarlıdır ve retinal protezler için gerçekten iyi bir aday olup olmadıklarını söylemek zordur. Görme biliminde hayvan modellerini kullanmanın sorunu, bir fareye veya makağa implantlarla ne gördüğünü sormanın ve tellür ağlarından gelen elektriksel sinyallerin beyinde nasıl algıya dönüştüğünü anlamanın zor olmasıdır.
Fudan deneylerine dayanarak, implante edilen hayvanların ışığa tepki verdiğini biliyoruz, ancak sağlıklı görüşlü olanlardan biraz daha az etkili bir şekilde. Ayrıca bir adaptasyon süresine ihtiyaç duyduklarını da biliyoruz; implante edilen fareler ilk denemelerinde etkileyici sonuçlarını elde edemediler. Gözlerinden gelen ani sinyallerin ne anlama geldiğini öğrenmeleri gerekti, tıpkı geçmişte elektrot dizileri kullanan insanlar gibi. Son olarak, şekil tanıma testlerindeki şekiller lazerlerle yansıtıldı, bu da implantın normal gün ışığında nasıl performans göstereceğini söylemeyi zorlaştırıyor.
Ameliyat prosedürünün kendisiyle birlikte gelen riskler de var. Ameliyat, lokal bir retina dekolmanı oluşturulmasını, ardından implantın yerleştirilmesi için küçük bir retina kesisi yapılmasını içerir. Fudan'ın çalışmasına Science dergisinde yorum yayınlayan İspanyol biyo mühendisi Eduardo Fernández'e göre, kırılgan, hastalıklı retinalarda bunu yapmak fibroz ve yara izi riski taşır. Buna rağmen Fernández, Çinli implantları "umut verici" buldu. Fudan ekibi şu anda insana daha yakın primatlarda implantlarının uzun vadeli güvenlik değerlendirmeleri ve retina ile implant arasındaki bağlantının iyileştirilmesi üzerinde çalışıyor.
