Ученые США научили слепых видеть

Американским ученым удалось добиться появления сложных зрительных образов через глубокую стимуляцию зрительной коры. Для этого они динамически меняли силу тока и продолжительность стимуляции близко расположенных электродов так, чтобы они складывались в буквы. Методику опробовали на зрячих и незрячих пациентах с вживленными в затылочную долю электродами: и те, и другие смогли распознать и нарисовать буквы на сенсорном экране. Статья опубликована в журнале Cell.

В большинстве случаев слепота обусловлена прямыми поражениями сетчатки глаза или зрительного нерва, а зрительная кора и остальные отделы, которые могут обработать визуальную информацию, остаются нетронутыми. Восстановить зрение хотя бы частично, поэтому, можно с помощью прямой стимуляции зрительных отделов — точно так же, как, например, заставляют двигаться конечности с помощью прямой стимуляции моторной коры.

Разумеется, сделать это сложнее: зрительная кора гораздо специфичнее, чем моторная (впрочем, и она устроена непросто). У зрительной коры, однако, есть довольно важная для возможной стимуляции особенность: нейроны в ней расположены ретинотопически — их активность пространственно повторяет то изображение, которое попадает на сетчатку.

Этой особенностью в своем исследовании воспользовались ученые под руководством Дэниела Йошора (Daniel Yoshor) из Бейлорского медицинского колледжа. В их эксперименте приняли участие трое зрячих пациентов с эпилепсией и двое слепых пациентов, в затылочную (ту, где находится зрительная кора) область которых была имплантирована пластина из 24 электродов. Ученые предположили, что последовательная стимуляция каждого из них приведет к формированию у участников зрительного образа — фосфена.

Ученые начали со стимуляции двух близкорасположенных электродов длительностью в 100 миллисекунд, частотой в 60 герц и разной силой тока. Во время стимуляции (на этом этапе ученые стимулировали зрительную кору одного незрячего пациента) участника просили изображать появляющиеся образы на сенсорном экране. Калибровка показала, что фосфен в правом верхнем углу зрительного поля появляется при стимуляции током в 4 миллиампера через правый верхний электрод, а фосфен в левом верхнем углу — при стимуляции соответствующего электрода током силой 3,6 миллиампера.

Интересно, что, варьируя подачу тока в двух электродах, ученым удалось добиться появления фосфенов между изначальными двумя: например, стимуляция правого электрода током в 2 миллиампера, а левого — в 1,8 миллиампера приводила к тому, что фосфен появлялся ровно посередине. Ученые заключили, что добиться появления фосфенов можно не только стимулируя физические электроды, но и «виртуальные», промежуточные электроды — меняя силу тока двух близлежащих электродов.

Такая стимуляция, однако, приводит к точечному появлению фосфенов. Чтобы фосфены появлялись непрерывно, ученые меняли силу тока динамически в пяти расположенных рядом электродах: стимуляция каждого электрода занимала 120 миллисекунд и была наложена друг на друга так, чтобы стимуляция всех пяти длилась 400 миллисекунд. При такой стимуляции участники рисовали на сенсорном экране непрерывную линию — так как «видели» они именно ее.

Наконец, ученые провели тест на распознавание зрительных образов. В качестве стимулов выбрали буквы: исследователи стимулировали электроды на пластине так, чтобы стимуляция приводила к динамически появляющейся букве, а пациентам необходимо было ее определить и нарисовать. И зрячие, и незрячие участники с задачей справились — правильно определяли букву с точностью до 93 процентов и могли правильно ее изобразить — причем в некоторых случаях форма букв в действительности была похожа на расположение электродов на зрительной коре.

Чтобы объяснить, почему ученые выбрали динамическую стимуляцию, а не точечную, они провели в пример стимуляцию через прикосновения: распознать узор, нарисованный на коже непрерывной линией, гораздо проще, чем тот же узор, нарисованный точечно. Авторы работы, поэтому, заключили, что использование динамической стимуляции может быть преимуществом при «восстановлении» зрения через зрительную кору.

Непонятно, однако, можно ли будет добиться появления более сложных фосфенов, например, цветных или объемных: ученые отметили, что электроды у участников были расположены как в первичной, так и во вторичной зрительной коре, но при их стимуляции разницы не было.