新しい視覚シミュレーションにより、バイオニックアイを通して世界を見るとどのような感じになるのかを垣間見ることができます。
世界初のバイオニックアイシステム「Argus II」がFDA（米国食品医薬品局）に承認されて以来、かつて失明していた人々が視力を取り戻せるようになってきています（Neuroscience Letters誌に掲載された研究によると、2014年3月までに80人以上が視力を取り戻しました）。研究者たちは、視力は一般的な健康視力である20/20に対して、20/1260という粗い白黒フィルムに近いものになると推定していましたが、これを裏付ける確固たるモデルはありませんでした。Philosophical Transactions B誌に掲載された研究で、研究者たちは、回復した視力がどのように見えるかをリアルに再現したビデオシミュレーションを作成しました。
私たちの目の網膜には、桿体細胞と錐体細胞と呼ばれる細胞があり、光を電気信号に変換して脳に送ります。黄斑変性症などの疾患によるこれらの細胞の喪失は、視力低下の主な原因の一つです。最も有望な視力回復デバイスとして、電気補綴装置とオプトジェネティクスが挙げられます。
「非常に侵襲的な手術を受けたにもかかわらず、期待していた視力が得られないという人もいる」
Argus IIバイオニックアイシステムは、市場で最も主流の電動義眼です。眼球の桿体と錐体の役割を担う眼鏡に取り付けられたデジタルカメラが、視覚データを無線で眼球の側面に埋め込まれたコンピュータチップに送信します。このチップは網膜に埋め込まれた小さな電極アレイを駆動し、網膜細胞を刺激してデータを視覚に変換します。
この刺激では完全な色覚は得られないかもしれませんが、明暗のコントラストを示すことは可能であり、空間内の物体を認識し始めるには十分です。一方、オプトジェネティクスは、残存する網膜細胞にタンパク質を注入することで光感受性を高め、失われた桿体細胞と錐体細胞の機能を強制的に担わせる治療法です。しかし、この技術はまだヒトへの移植には至っていません。
ワシントン大学の研究チームは、オプトジェネティクス研究のデータと、電気補綴を受けた患者の視覚機能に基づく予測値を用いて、視力回復のより正確なモデルを作成しました。これらの新しいモデルは、電気補綴またはオプトジェネティクスのいずれかを受けた人が抱える可能性のある歪みや障害を示しています。
「これらのものには安全警告が付いていなければなりません。高速で移動する物体は完全に消えてしまう可能性があります。」
網膜には約20種類の細胞があり、物体のエッジの位置や明暗の点など、様々な視覚情報を脳に送ります。電気刺激はこれらの細胞全てを広範囲に刺激するため、ぼやけた画像や全体的にぼやけた画像といった問題を引き起こす可能性があります。
「これらの細胞すべてに映画を再生すると、それぞれ全く異なる発火パターンを示すが、インプラントを注入すると、すべて同じ動きをするよう強制される」と研究の共著者であるアイオーネ・ファイン氏は言う。
オプトジェネティクスでは、網膜細胞のうち1種類か2種類だけが刺激されるため、画像に奇妙なエッジのかかった質感が生まれます。また、高速で移動する物体は、細胞が時間的に追いつけないため、筋状に動いたり消えたりすることもあります。
「こうしたものには安全に関する警告が付いていなければなりません。高速で移動する物体は完全に消えてしまう可能性があるのです」とファイン氏は言う。
視力回復の様子を示すこれまでのシミュレーションでは、「スコアボードモデル」が用いられました。これは、網膜の各電極が点の集合を生成するグリッドシステムです。このモデルでは、視力はわずかに露出オーバー気味のグレースケール画像として表示されます。しかし、患者の結果はスコアボードモデルの予測と一致することはなく、スコアボードモデルが視力回復を正確に反映していないことが示されています。
こちらは、 Popular Science編集者の Breanna Draxler 氏と Linsday Kratochwill 氏 (当社の新しいポッドキャスト Futuropolis を宣伝) のビデオで、電気義肢とオプトジェネティクス視覚シミュレーション モデルを通して見た様子です。
バイオニック眼球インプラントは非常に高価なため、こうしたリアルなシミュレーションは、患者とその家族が網膜インプラントに費用をかける価値があるかどうか、そして必要な長時間の手術を受ける価値があるかどうかを判断するのに役立ちます。2013年、Argus IIは約10万ドルでした。
「スコアボードモデルは非常に危険だと思います」とファイン氏は言う。「非常に侵襲的な手術を受けたにもかかわらず、期待していた視力が得られないというケースもあるのです。」
これらのシミュレーションは、研究者が将来のインプラントをより良く改良するのにも役立ちます。
「これらがどんな問題を引き起こすのか、それがどれほど重要なのか、そして何を研究する上で重要か重要でないか、を非常に明確に指摘することができます。」
