Retinal Implant - Yeniden Görme
Yeniden Görme
Retinal İmplantla Yeniden Görme
Bazı araştırma grupları retina bozulması nedeniyle görme duyusunu yitiren hastaların, yeniden görmelerini sağlamak için, retinaya doğrudan iliştirilen bir çeşit elektriksel implanlar geliştirmeye uğraşıyorlar. Hayvan deneylerinin umut veren sonuçlarına karşın, retinal protezlerin klinik kullanımındaki bazı büyük engellerin aşılması gerekiyor.
Bilgi işlemenin son derece karmaşık bir biçimi olan görme, gözün arkasındaki, sinirsel işlemcilerden oluşan bir retina (ağsı tabaka) aracılığıyla gerçekleşir. Görme olayında, gözbebeğinden geçen ışık gözmerceğince retinanın duyusal neroepiteli (sinirsel epitel) üzerinde odaklandığında başlar. Bakılan nesnenin imgesi, retinanın en dış tabakasında bulunan çubuk ve konik biçimli yaklaşık 130 milyon fotoalıcı hücre üzerinde başaşağı ve olduğundan çok daha küçük olarak belirir. Koniler ve çubuklar, izdüşürülen görüntünün bölgesel parlaklıklarıyla, renk örneklerini, elektriksel ve kimyasal sinyallere dönüştürürler. Bu sinyaller retinal sinir hücrelerini (nöron) harekete geçirir.
Retinal nöronlar dört çeşittir: Yatay hücreler, çift kutuplu hücreler, amakrin hücreleri (aksonu olmayan tek kutuplu sinir hücreleri) ve ganglion hücreleri. Retinanın, kabaca 130 milyon fotoalıcısındaki görsel bilgi, elektrik sinyallerine sıkıştırılır ve 1,2 milyon ganglionla optik sinire taşınır. Optik sinir, görsel bilgiyi, talamus adı verilen beyin yapısının bir parçası olan yanal geniculate çekirdeği (corpus geniculatum laterale) aracılığıyla beynin birincil görme korteksine iletir. Bütün bu işleyişin herhangi bir yerindeki aksama ya da bozulma, körlük nedeni olabilir. Örneğin Almanya’da her yıl görme duyusunu kaybeden 17 bin kişiden neredeyse yarısı retina bozulmalarında etkin ve kalıcı iyileştirme ya da tedavi yapılamadığı için körleşmekte. Yaşlılık ya da başka nedenlerle oluşan görme hastalıkları, dış retinada zamanla ilerleyen bozulmalara neden olur. Kusurlu dokuların işlevini üstlenen ya da işlevi yerine getirmeye yardımcı olan elektriksel aygıtların çok örneği olmasına karşın, görüşü düzelten elektriksel cihazların retina içine nakli gerçekten zor. Optik sinirden beyine taşınan görsel görünümlerin elektriksel görüntülere dönüşümü, uyarılmış ve uzaysal olarak, üç boyutlu objelerin kusursuz kodlanabilmesine olanak tanıyan sayısız sinir hücresine gereksinim duyar.
Göz, özellikle de retina kaynaklı hastalıklara çözüm arama çalışmalarının başlangıcı 1950’li yıllara kadar uzanır. Kör bir hastanın geçici olarak ışık duyumunu algılamasını sağlayan ve retinanın arkasına yerleştirilen küçük, düz ve ışığa duyarlı ilk patentli selenyum pil 1956’da Tassiker’ce tanımlandı. Görüş gücünü geliştirmeye yönelik girişimler sonraki yıllarda sürdürüldü. 1990’ların başında bu konuda çalışan araştırmacıların çoğu, retinaya doğrudan nakli mümkün olan bir protez geliştirmek için çalışmalara başladılar.
Retinal naklin gereksinimlerine uygun malzeme seçimi, minicik karmaşık elektrodların yaratılması, malzeme ve retinal doku etkileşmeleri, elektrik ve elektronik devrelerin tasarımı, cerrahi teknikleri geliştirilmesi, hastayla üretilen malzemenin birbirine uyumu başlıca araştırma konuları. ABD, Almanya ve Japonya’daki gelişmeler, önümüzdeki birkaç yıl içinde, retinal naklin klinik testlerde kullanılacağına işaret veriyor.
Retinal İmplantlar
Gelişmelere bağlı olarak retina altı ve retina üstü olmak üzere iki tür retinal implant söz konusu. Işıkalıcı hücreleri içeren retina altı cihaz, pigmentli epitel tabakayla retinanın dış tabakası arasına yerleştirilir. Retina altıcihazda mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı binlerce fotodiyot, çok ince bir katman halinde biraraya getirilir ve pigmentli epitel tabakayla retinanın dış tabakası arasındaki retina altı boşluğa yerleştirilir. Retina üzerine düşen ışık fotodiyotlarda bir akım yaratır. Bu akım daha sonra mikroelektrotları aktifleştirerek retinal sinir hücrelerinin uyarılmasını sağlar. Retina üstü cihazsa, retinanın ganglion hücrelerini içeren en iç tabakası üzerine yerleştirilir. Retina üstü implant optik sinirdeki ganglion hücre aksonlarıyla beyine yol alan elektrik iletimleri yaratır.
Çeşitli araştırma gruplarının retina altı implant geliştirme çalışmaları sürüyor. Yaklaşık 50 – 100 mikrometre kalınlıkta, 2–3 mm çaplı büyüklüklerdeki ince bir tabaka, altın ya da titanyum nitritten yapılmış, mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı fotodiyotların yüzlercesini ya da binlercesini taşır.
Görünür cisimden doğan (dışardaki nesneden gelen) ışık, mikrofoftodiyotlarca yüzlerce mikroelektrotun herbirinde küçük akımlara dönüştürülür. Bu akımlar retinal ağdaki sinir hücrelerine aktarılır. Retina altı protezin, zarar görmüş fotoalıcı hücrelerin doğrudan yerine geçebilen mikrofotodiyotları içermesi, retinanın bozulmadan kalmış sinir hücreleri ağında elektrik sinyallerini işleyebilme yeteneği, retina altı boşluktaki mikrofotodiyotların yerleşimi ve sabitlenmesinin görece daha kolay oluşu, harici bir kamera ya da görüntü işlemcisi gereksinimi olmayışı, yerleştirilen cisimlere göz hareketlerinin uyumlu oluğu gibi sayısız avantajları var.
Hayvan deneyleriyle edinilen deneyimler; örneğin kedi ve domuz retinalarının altına nakledilen cihazın, 2 yılı aşkın bir süre, sıçanlardaysa 16 ay kadar bozulmaksızın kaldığını gösteriyor. Yine canlı deneyler retina altı implant prototiplerindeki zayıflıkları da açığa çıkarıyor. Örneğin, tek bir mikrofotodiyotun küçük ışık duyarlı alanınca yaratılan akım, bitişik sinir hücrelerini uyarmak için yeterli değil. Bu yüzden şimdilerde, dıştan bir enerji kaynağıyla desteklenmiş aktif bir retina altı implant geliştirilmekte. Sadece dış enerji kaynağının desteği, normal çevredeki ışığın her bir elektrottaki uyarıcı akımı ayarlamasında yeterli olacaktır.
Retina üstü implantlardaysa ışığa duyarlı bir eleman yok. Kamera gibi işleyen çok küçük alan algılayıcıları, gözün dışında ya da doğal gözmerceğinin yerini alabilecek özel plastik gözmercekleri üzerine yerleştirilebilir ve katarakt cerrahisi için geliştirilmiş teknikler kullanılarak tanıtılabilir. Gözün önündeki alan algılayıcısıyla iç retinanın en üstüne yerleştirilen bir elektrod dizini özel bağlantı telleriyle bağlanır. Bu dizin, gözün sinir tabakasını, göz içi sıvısından ayıran iç retina zarı üzerine yerleştirilir. Retina altı implanttan farklı olarak retina üstü implant, bilgi işlemek için retinanın geri kalan ağ tabakasını kullanmaz.
Bu yüzden retina üstü algılayıcı, görsel bilgiyi, elektrik atım dizileri biçiminde kodlar. Bunlar daha sonra elektrod dizileri tarafından, birleşip optik siniri oluşturan ganglion hücrelerinin aksonlarına iletilir. Görsel bilgi, beynin görsel korteksinin anlayabileceği, uzamsal/zamansal uyarıcı elektrik atım örneklerine çevrilmiş olmalıdır. Bu uzamsal/zamansal uyarıcı örnekleri önce iç retina zarı üzerine, hafif bir mekanik basınçla ya da mikro iğnelerle tutturulmuş elektrotlara taşınır. Retina altı implantta olduğu gibi, retina üstü algılayıcıların nakli için özel cerrahi teknikler geliştirildi ve en uygun uyarılar için gerekli akım parametreleri
tanımlandı. Retina üstü implantın kalıcılığı ve biyouyumluluğu hedefin, kortekste 1°’lik bir çözünürlük sağladığı kedilerde gözlendi.
Hem retina altı hem de retina üstü yöntemlerin olumlu ve olumsuz tarafları var. Retina altı implant, retinanın geri kalan sinir ağını kullanırken, retina üstü implant kullanmaz, bu yüzden de görsel bilginin hazırlanmasında ek işlemler gerekir. Diğer yanda, retina üstü implantın bilgi taşıma özellikleri dış denetimler için çok daha uygundur. Retina altı implantın retina altındaki boşlukta sabitlenmesi görece daha kolayken, retina üstü implantın sabitlenmesi çok zordur ve hücresel çoğalma uyarımında ek riskler taşır. Retina altı implant bozulmamı. optiklere gerek duyarken, retina üstü implantın böyle bir gereksinimi yoktur.
Zrenner, E.,
“Will Retinal Implants Restore Vision?, Science
8 Şubat 2002
Çeviri: Serpil Yıldız
Kaynak:
Bilim ve Teknik Dergisi
Retinal İmplantla Yeniden Görme
Bazı araştırma grupları retina bozulması nedeniyle görme duyusunu yitiren hastaların, yeniden görmelerini sağlamak için, retinaya doğrudan iliştirilen bir çeşit elektriksel implanlar geliştirmeye uğraşıyorlar. Hayvan deneylerinin umut veren sonuçlarına karşın, retinal protezlerin klinik kullanımındaki bazı büyük engellerin aşılması gerekiyor.
Bilgi işlemenin son derece karmaşık bir biçimi olan görme, gözün arkasındaki, sinirsel işlemcilerden oluşan bir retina (ağsı tabaka) aracılığıyla gerçekleşir. Görme olayında, gözbebeğinden geçen ışık gözmerceğince retinanın duyusal neroepiteli (sinirsel epitel) üzerinde odaklandığında başlar. Bakılan nesnenin imgesi, retinanın en dış tabakasında bulunan çubuk ve konik biçimli yaklaşık 130 milyon fotoalıcı hücre üzerinde başaşağı ve olduğundan çok daha küçük olarak belirir. Koniler ve çubuklar, izdüşürülen görüntünün bölgesel parlaklıklarıyla, renk örneklerini, elektriksel ve kimyasal sinyallere dönüştürürler. Bu sinyaller retinal sinir hücrelerini (nöron) harekete geçirir.
Retinal nöronlar dört çeşittir: Yatay hücreler, çift kutuplu hücreler, amakrin hücreleri (aksonu olmayan tek kutuplu sinir hücreleri) ve ganglion hücreleri. Retinanın, kabaca 130 milyon fotoalıcısındaki görsel bilgi, elektrik sinyallerine sıkıştırılır ve 1,2 milyon ganglionla optik sinire taşınır. Optik sinir, görsel bilgiyi, talamus adı verilen beyin yapısının bir parçası olan yanal geniculate çekirdeği (corpus geniculatum laterale) aracılığıyla beynin birincil görme korteksine iletir. Bütün bu işleyişin herhangi bir yerindeki aksama ya da bozulma, körlük nedeni olabilir. Örneğin Almanya’da her yıl görme duyusunu kaybeden 17 bin kişiden neredeyse yarısı retina bozulmalarında etkin ve kalıcı iyileştirme ya da tedavi yapılamadığı için körleşmekte. Yaşlılık ya da başka nedenlerle oluşan görme hastalıkları, dış retinada zamanla ilerleyen bozulmalara neden olur. Kusurlu dokuların işlevini üstlenen ya da işlevi yerine getirmeye yardımcı olan elektriksel aygıtların çok örneği olmasına karşın, görüşü düzelten elektriksel cihazların retina içine nakli gerçekten zor. Optik sinirden beyine taşınan görsel görünümlerin elektriksel görüntülere dönüşümü, uyarılmış ve uzaysal olarak, üç boyutlu objelerin kusursuz kodlanabilmesine olanak tanıyan sayısız sinir hücresine gereksinim duyar.
Göz, özellikle de retina kaynaklı hastalıklara çözüm arama çalışmalarının başlangıcı 1950’li yıllara kadar uzanır. Kör bir hastanın geçici olarak ışık duyumunu algılamasını sağlayan ve retinanın arkasına yerleştirilen küçük, düz ve ışığa duyarlı ilk patentli selenyum pil 1956’da Tassiker’ce tanımlandı. Görüş gücünü geliştirmeye yönelik girişimler sonraki yıllarda sürdürüldü. 1990’ların başında bu konuda çalışan araştırmacıların çoğu, retinaya doğrudan nakli mümkün olan bir protez geliştirmek için çalışmalara başladılar.
Retinal naklin gereksinimlerine uygun malzeme seçimi, minicik karmaşık elektrodların yaratılması, malzeme ve retinal doku etkileşmeleri, elektrik ve elektronik devrelerin tasarımı, cerrahi teknikleri geliştirilmesi, hastayla üretilen malzemenin birbirine uyumu başlıca araştırma konuları. ABD, Almanya ve Japonya’daki gelişmeler, önümüzdeki birkaç yıl içinde, retinal naklin klinik testlerde kullanılacağına işaret veriyor.
Retinal İmplantlar
Gelişmelere bağlı olarak retina altı ve retina üstü olmak üzere iki tür retinal implant söz konusu. Işıkalıcı hücreleri içeren retina altı cihaz, pigmentli epitel tabakayla retinanın dış tabakası arasına yerleştirilir. Retina altıcihazda mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı binlerce fotodiyot, çok ince bir katman halinde biraraya getirilir ve pigmentli epitel tabakayla retinanın dış tabakası arasındaki retina altı boşluğa yerleştirilir. Retina üzerine düşen ışık fotodiyotlarda bir akım yaratır. Bu akım daha sonra mikroelektrotları aktifleştirerek retinal sinir hücrelerinin uyarılmasını sağlar. Retina üstü cihazsa, retinanın ganglion hücrelerini içeren en iç tabakası üzerine yerleştirilir. Retina üstü implant optik sinirdeki ganglion hücre aksonlarıyla beyine yol alan elektrik iletimleri yaratır.
Çeşitli araştırma gruplarının retina altı implant geliştirme çalışmaları sürüyor. Yaklaşık 50 – 100 mikrometre kalınlıkta, 2–3 mm çaplı büyüklüklerdeki ince bir tabaka, altın ya da titanyum nitritten yapılmış, mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı fotodiyotların yüzlercesini ya da binlercesini taşır.
Görünür cisimden doğan (dışardaki nesneden gelen) ışık, mikrofoftodiyotlarca yüzlerce mikroelektrotun herbirinde küçük akımlara dönüştürülür. Bu akımlar retinal ağdaki sinir hücrelerine aktarılır. Retina altı protezin, zarar görmüş fotoalıcı hücrelerin doğrudan yerine geçebilen mikrofotodiyotları içermesi, retinanın bozulmadan kalmış sinir hücreleri ağında elektrik sinyallerini işleyebilme yeteneği, retina altı boşluktaki mikrofotodiyotların yerleşimi ve sabitlenmesinin görece daha kolay oluşu, harici bir kamera ya da görüntü işlemcisi gereksinimi olmayışı, yerleştirilen cisimlere göz hareketlerinin uyumlu oluğu gibi sayısız avantajları var.
Hayvan deneyleriyle edinilen deneyimler; örneğin kedi ve domuz retinalarının altına nakledilen cihazın, 2 yılı aşkın bir süre, sıçanlardaysa 16 ay kadar bozulmaksızın kaldığını gösteriyor. Yine canlı deneyler retina altı implant prototiplerindeki zayıflıkları da açığa çıkarıyor. Örneğin, tek bir mikrofotodiyotun küçük ışık duyarlı alanınca yaratılan akım, bitişik sinir hücrelerini uyarmak için yeterli değil. Bu yüzden şimdilerde, dıştan bir enerji kaynağıyla desteklenmiş aktif bir retina altı implant geliştirilmekte. Sadece dış enerji kaynağının desteği, normal çevredeki ışığın her bir elektrottaki uyarıcı akımı ayarlamasında yeterli olacaktır.
Retina üstü implantlardaysa ışığa duyarlı bir eleman yok. Kamera gibi işleyen çok küçük alan algılayıcıları, gözün dışında ya da doğal gözmerceğinin yerini alabilecek özel plastik gözmercekleri üzerine yerleştirilebilir ve katarakt cerrahisi için geliştirilmiş teknikler kullanılarak tanıtılabilir. Gözün önündeki alan algılayıcısıyla iç retinanın en üstüne yerleştirilen bir elektrod dizini özel bağlantı telleriyle bağlanır. Bu dizin, gözün sinir tabakasını, göz içi sıvısından ayıran iç retina zarı üzerine yerleştirilir. Retina altı implanttan farklı olarak retina üstü implant, bilgi işlemek için retinanın geri kalan ağ tabakasını kullanmaz.
Bu yüzden retina üstü algılayıcı, görsel bilgiyi, elektrik atım dizileri biçiminde kodlar. Bunlar daha sonra elektrod dizileri tarafından, birleşip optik siniri oluşturan ganglion hücrelerinin aksonlarına iletilir. Görsel bilgi, beynin görsel korteksinin anlayabileceği, uzamsal/zamansal uyarıcı elektrik atım örneklerine çevrilmiş olmalıdır. Bu uzamsal/zamansal uyarıcı örnekleri önce iç retina zarı üzerine, hafif bir mekanik basınçla ya da mikro iğnelerle tutturulmuş elektrotlara taşınır. Retina altı implantta olduğu gibi, retina üstü algılayıcıların nakli için özel cerrahi teknikler geliştirildi ve en uygun uyarılar için gerekli akım parametreleri
tanımlandı. Retina üstü implantın kalıcılığı ve biyouyumluluğu hedefin, kortekste 1°’lik bir çözünürlük sağladığı kedilerde gözlendi.
Hem retina altı hem de retina üstü yöntemlerin olumlu ve olumsuz tarafları var. Retina altı implant, retinanın geri kalan sinir ağını kullanırken, retina üstü implant kullanmaz, bu yüzden de görsel bilginin hazırlanmasında ek işlemler gerekir. Diğer yanda, retina üstü implantın bilgi taşıma özellikleri dış denetimler için çok daha uygundur. Retina altı implantın retina altındaki boşlukta sabitlenmesi görece daha kolayken, retina üstü implantın sabitlenmesi çok zordur ve hücresel çoğalma uyarımında ek riskler taşır. Retina altı implant bozulmamı. optiklere gerek duyarken, retina üstü implantın böyle bir gereksinimi yoktur.
Zrenner, E.,
“Will Retinal Implants Restore Vision?, Science
8 Şubat 2002
Çeviri: Serpil Yıldız
Kaynak:
Bilim ve Teknik Dergisi
