Retina artificielle pourrait restaurer la vue vers les aveugles


Retina artificielle pourrait restaurer la vue vers les aveugles

Deux chercheurs aux États-Unis ont franchi un grand pas en avant dans le développement de la technologie pour aider les personnes aveugles à voir: ils ont fabriqué une rétine artificielle qui a rétabli la vision normale chez les souris aveugles. Et ils ont déjà élaboré un moyen de créer un appareil similaire pour les singes, qu'ils espèrent redessiner rapidement et tester l'usage humain.

Les rétines artificielles ne sont pas une nouvelle invention, cependant, celles produites jusqu'ici ne produisent que des champs visuels difficiles où l'utilisateur voit des taches et des bords de lumière pour les aider à naviguer.

Mais celui que Sheila Nirenberg et Chethan Pandarinath au Weill Cornell Medical College de New York ont ​​développé permet aux animaux de détecter les traits du visage et de suivre les images en mouvement.

Ils rapportent leur percée en ligne dans le numéro du 13 août de la Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) .

Caractéristique unique: signaux neuronaux codés

Leur rétine artificielle est différente car elle intègre une caractéristique unique: le code neuronal que les cellules de la rétine utilisent pour communiquer l'information visuelle au cerveau. La combinaison du code avec la capacité de stimuler un grand nombre de cellules sensibles à la lumière produit un système qui donne au cerveau la quantité et le type d'informations nécessaires pour "voir".

L'auteur principal Nirenberg, un neurologiste informatique à Weill Cornell, a déclaré à la presse qu'elle pense qu'un jour les personnes aveugles pourront porter une visière, semblable à celle que Geordi La Forge porte sur l'émission de télévision Star Trek. La visière aura une caméra qui prend de la lumière et une puce qui transforme cette lumière en un code que le cerveau utilise pour recréer l'image.

"C'est un moment passionnant. Nous pouvons voir des rétinas de souris aveugles, et nous nous déplaçons aussi vite que possible pour faire de même chez les humains ", A déclaré Nirenberg, professeur au Département de physiologie et de biophysique et à l'Institut de biométrie informatique de Weill Cornell.

Comment fonctionne la rétine

Les scientifiques espèrent que les rétines artificielles pourraient être utilisées pour traiter la cécité humaine au cours d'une décennie.

La vision normale est l'endroit où la lumière pénètre dans l'œil et tombe sur les cellules photosensibles qui se trouvent à la surface de la rétine. Les «circuits» de la rétine convergent la lumière en une série de signaux électriques codés ou des impulsions neuronales et les transmettent sur des cellules de sortie appelées cellules ganglionnaires qui transmettent les impulsions codées au cerveau via le nerf optique à l'arrière de l'œil.

Le cerveau comprend le flux d'impulsions neurales codées et les traduit en images significatives.

Une cause commune de cécité est lorsque la rétine est endommagée par des maladies qui tue les photorécepteurs et / ou détruit les circuits qui créent les impulsions neuronales codées. Mais souvent, ces maladies n'endommagent pas les cellules de sortie.

Pourquoi les prothèses actuelles ne peuvent pas faire le plein emploi

Les prothèses actuelles fonctionnent en utilisant des électrodes implantées dans l'œil aveugle du patient pour conduire les cellules survivantes: elles stimulent les cellules ganglionnaires avec un courant électrique.

Mais cette méthode ne produit que des champs visuels très grossiers: les cellules sont stimulées, mais elles ne reçoivent pas les bons signaux, une sorte d'équivalent neuronal du «bruit blanc».

Les scientifiques travaillent sur diverses façons d'améliorer cette approche. Par exemple, une façon est d'avoir plus de stimulateurs dans l'implant, dans l'espoir qu'avec plus de stimulation, l'image s'améliorera.

Une autre approche qui est testée consiste à utiliser la thérapie génique pour générer des protéines sensibles à la lumière dans la rétine pour stimuler les cellules ganglionnaires.

Mais l'invention qui «attendait d'arriver», comme l'explique Nirenberg, stimule non seulement un grand nombre de cellules, mais aussi les stimule avec le bon code, le même que la rétine utilise pour communiquer avec le cerveau.

Comment ont-ils fait la découverte?

Nirenberg a eu l'idée que tout motif de lumière tombant sur la rétine doit être converti en motifs équivalents d'impulsions neuronales via un code général ou un ensemble d'équations mathématiques.

Elle a dit que les gens essayaient de trouver le code pour des modèles simples. Mais elle était convaincue que le code devait être généralisable pour tout type de stimulus, simple et complexe, que ce soit pour les visages, les paysages, tout ce que l'oeil regarde.

Le moment réel "aha" est venu quand elle travaillait sur le code pour une raison différente, a déclaré Nirenberg. Elle s'est aperçue que ce qu'elle a trouvé pourrait fonctionner sur une prothèse.

Donc, elle et Pandarinath ont mis les équations sur lesquelles ils travaillaient sur une puce électronique et l'ont combiné avec un mini-projecteur.

La puce traduit le motif lumineux (l'image) qui entre dans les impulsions électriques codées, et le mini-projecteur les convertit en impulsions lumineuses.

Les impulsions lumineuses stimulent les protéines sensibles à la lumière qui ont été insérées dans les cellules ganglionnaires, et le résultat est que le cerveau reçoit des impulsions neuronales codées.

Ils ont testé la méthode chez la souris. Ils ont fait et comparé deux versions de la prothèse: une sans code et une avec le code.

Nirenberg a déclaré que l'effet était dramatique. Lorsqu'ils mettent le code, la performance du système «a sauté» à des niveaux proches de la normale, c'est-à-dire:

"... il y avait suffisamment d'informations dans la sortie du système pour reconstruire des images de visages, des animaux - essentiellement tout ce que nous avons tenté", a déclaré Nirenberg.

Ils ont fait des tests rigoureux pour établir que les modèles fabriqués à l'aide de la prothèse dans les rétines des souris aveugles correspondaient à ceux produits par les rétines en voyant des souris.

L'étude montre que les composants essentiels pour la fabrication d'une prothèse rétinienne très efficace, du code de la rétine et d'une méthode haute résolution de stimulation cellulaire ganglionnaire, sont maintenant plus ou moins en place, a déclaré Nirenberg.

L'étape suivante

Le nouveau dispositif offre l'espoir pour les 25 millions de personnes dans le monde dont la cécité est due aux maladies de la rétine. Les médicaments peuvent aider un petit pourcentage de cette population, mais leur meilleure chance de restaurer la vue est une prothèse.

La sécurité et l'efficacité de la prothèse devront maintenant être testées dans des essais sur l'homme, en particulier pour montrer que la partie de thérapie génique qui rend les protéines sensibles à la lumière est sûre.

Cependant, Nirenberg suggère que la partie de la thérapie génique se révélera sûre car c'est le même type de thérapie qui a été testé pour traiter d'autres maladies de la rétine.

Elle a déclaré que l'ensemble du processus a été «excitant» et qu'elle ne peut pas attendre que les tests soient effectués afin que les patients puissent commencer à bénéficier dès que possible.

Les subventions du National Institutes of Health et l'Institut de biométrie computationnelle de l'Université Cornell ont aidé à financer l'étude, et les deux auteurs ont déposé un brevet sur l'appareil.

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