Ein Stanford Neurochirurg arbeitet an der Entwicklung drahtloser Cyborg-Augen für Blinde

Für die fast zwei Millionen US-Amerikaner, die an degenerativen Augenerkrankungen leiden, ist die Fähigkeit zu sehen alles andere als eine Garantie. Auch wenn wir das Fortschreiten des Sehverlusts verlangsamen können, zum Beispiel können Patienten spezielle Vitamine für die Krankheit nehmen, gibt es keine Heilung. Und wenn es einmal verloren ist, kann man das Sehvermögen nicht mehr wiederherstellen.

Zwei der bemerkenswertesten Erkrankungen, die Retinitis pigmentosa und die altersbedingte Makuladegeneration (AMD), lassen die Zellen auf der Netzhaut, dem Bereich am hinteren Augenende, der Licht in elektrische Signale umwandelt, absterben. Dadurch verlieren die Betroffenen mit zunehmendem Alter ihr Augenlicht. Diese Bedingungen sind daher angesichts unserer immer älter werdenden Bevölkerung zunehmend Besorgnis erregend.

Glücklicherweise zeichnet sich eine futuristische Lösung ab. 

In den letzten Jahren hatten einige Patienten das Glück, dass ihnen Geräte auf ihre Netzhaut implantiert wurden, um sie wieder sehen zu lassen. Leider sind diese Geräte nicht sehr gut, nur leuchtende helle und dunkle Flecken ohne Details können diese Patientten damit sehen. Zudem sind sie teuer und kosten  den Patienten ca.  150.000 Dollar. Für manche ist das besser als gar nichts. "Ich verstehe, dass ich keine 20/20 Sicht habe und Gesichter nicht unterscheiden kann. Aber zumindest werde ich wissen können, dass meine Enkelkinder über den Hof rennen oder in mein Haus laufen ", sagte ein Empfänger 2014 an der University of Michigan.

Aber E. J. Chichilnisky, Professor für Neurochirurgie und Ophthalmologie an der Stanford University School of Medicine, hat eine viel größere Vision für Netzhautimplantate. Um sie zu erfüllen, plant er, ein Gerät zu schaffen, das die Art und Weise revolutioniert, wie elektronische Geräte mit dem Gehirn interagieren.

Ein Dialog mit der Netzhaut

Der Ablauf des Sehens erfolgt folgendermaßen, das Licht fällt in einem gesunden Auge durch Hornhaut, Linse und durch die Pupille in das Auge ein. Dieses Licht fällt dann auf die Netzhaut, wo eine Reihe verschiedener Zellen Licht in elektrische Signale umwandeln, die über den Sehnerv ins Gehirn geleitet werden.

Wie bereits erwähnt, führen Retinitis pigmentosa und AMD zum Absterben vieler Zellen in der Netzhaut, so dass die Signale, die visuelle Informationen übertragen, gestoppt werden, bevor sie das Gehirn erreichen können. Die aktuellen Netzhautimplantate ersetzen einfach diese abgestorbenen Zellen und verwandeln Licht in elektrische Signale.

Aber die Krankheit tötet nicht alle Zellen in der Netzhaut ab, und genau hier entstehen die Probleme mit den gängigen Implantaten.

Ganglienzellen der Netzhaut, die Informationen von allen anderen Zellen in der Netzhaut einholen, scheinen die Keulung zu überleben. Es gibt etwa 20 verschiedene Arten von retinalen Ganglienzellen, die über die Netzhaut verstreut sind und jeweils eine andere Art von Informationen an das Gehirn weiterleiten.

Die Funktion dieser Zellen hängt entscheidend von der Zeitsteuerung ab. Eine Art Zelle könnte dem Gehirn sagen, dass eine Region auf dem Bild heller ist als noch vor einem Moment, und eine andere könnte dem Gehirn sagen, dass das Bild dunkler ist. Wenn beides gleichzeitig aktiviert wird,"ist das ein Unsinnssignal an das Gehirn", sagt Chichilnisky.

Das ist ein Teil des Grundes, warum die heutigen Netzhautimplantate so begrenzt sind. Wie Chichilnisky bemerkt, ignorieren sie die funktionierenden retinalen Ganglienzellen und aktivieren sie alle auf einmal. "Die Sicht ist wie ein Orchester, das eine Symphonie spielen will. Es kommt darauf an,[die richtigen Signale] zur richtigen Zeit und am richtigen Ort zu haben ", sagt Chichilnisky. "Wenn du alle Instrumente wahllos anweisst, wird dich jemand hören. Aber es ist keine Musik."

Die Fliesenwirkung von Zellen auf die Netzhaut. Bildnachweis: Chris Sekirnjak

Chichilnisky zielt darauf ab, dass jeder Ganglienzelltyp, jedes "Instrument" im richtigen Moment spielt. Schließlich werden die so genannten intelligenten Prothesen seines Teams chirurgisch in die Augen der Patienten implantiert und kabellos versorgt, wahrscheinlich von einer Spezialbrille, die der Patient tragen würde.

Aber sie müssen eine Menge tun, um dorthin zu gelangen. Das richtige Signal zur richtigen Zeit an die richtige Zelle zu bringen, ist schwierig, weil die Mischung aus verschiedenen Ganglienzellenarten von Individuum zu Individuum variiert und sich im Laufe der Zeit verändern kann, sagt Chichilnisky.

Chichilniskys Lösung ist es, ein Gerät zu schaffen, das nicht nur die richtigen Signale an die Ganglienzellen senden kann, sondern auch die Netzhaut ausliest, um herauszufinden, welche Art von Ganglienzellen wo sitzt. Dann kann das Gerät zur rechten Zeit stimulieren, um ein zusammenhängendes Bild zu erzeugen. "Es ist ein Dialog mit der Netzhaut - man muss vor und zurück zum Stromkreis sprechen", bemerkt er. Er stellt sich vor, dass die endgültige Version des Geräts wird "schreiben" die ganze Zeit, aber "lesen" die Netzhaut nur gelegentlich.

Aber es gibt noch andere technische Herausforderungen. Das Gerät muss aus dem richtigen Material hergestellt sein, damit es lange Zeit auf der Netzhaut verbleiben kann, ohne sie zu beschädigen oder eine Immunantwort auszulösen. Es erfordert auch eine dichte Konzentration von feinkörnigen Elektroden auf einem kleinen Chip, der nicht zu viel Wärme abgibt. "Wir müssen alles, was wir wissen, in einen Chip programmieren, der seine Umgebung wahrnehmen kann, herausfinden, was vor sich geht, und das Richtige zur richtigen Zeit am richtigen Ort tut, immer. Und er muss klug genug sein, um mit einem neuronalen Schaltkreis zu sprechen ", sagt Chichilnisky. "Das ist eine schwierige Aufgabe."

Eine leuchtende Zukunft

Das Team von Chichilnisky, bestehend aus Neurowissenschaftlern, Schaltkreisdesignern und einem Augenchirurgen, stellt noch immer das genaue Design ihres Gerätes fest. Zurzeit erproben die Forscher verschiedene Techniken an den exzidierten Retinas von Tieren, die für andere Experimente verwendet werden. Damit alle Aufgaben, die ihr kompaktes Gerät am Ende erfüllen kann, brauchen sie einen ganzen Raum voller wissenschaftlicher Geräte. Sie wollen das alles auf einen kleinen implantierten Chip reduzieren.

Aber das ist nicht das einzige Team im Spiel.

Andere Wissenschaftler arbeiten an der Wiederherstellung des Sehvermögens bei Patienten mit Retinitis pigmentosa und AMD, und bereits Tests der Gentherapie und Stammzelltherapie haben interessante Ergebnisse erbracht. Aber Chichilnisky macht sich keine Sorgen. "Ich werde begeistert sein, wenn jemand kommt und AMD heilt, während wir dieses Zeug machen", sagt er.

Die Retina - eine der am besten verstandenen und zugänglichsten Wege zum Gehirn - ist erst der Anfang.

Denn Chichilnisky glaubt, dass die von ihm entwickelte Technologie unabhängig von anderen Entwicklungen bei der Behandlung von Blindheit die Zukunft der neuronalen Implantate darstellen wird, da ihr Nutzen weit über das Sehen hinausgeht. Geräte, die sowohl zuhören als auch mit dem Gehirn in derselben "Sprache" sprechen können, ermöglichen es dem Menschen, neurodegenerative Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer zu behandeln oder die Prothesengelenke zu kontrollieren.

Die gleiche Technologie wird wahrscheinlich dazu benutzt werden, unsere eigene Biologie zu hacken, unser Gedächtnis zu vergrößern und unsere Vision an neue Grenzen zu treiben. "Es wird passieren. Wenn du denkst, dass es nicht so ist, dann hast du nicht genug gelesen ", sagt Chichilnisky. Ihm zufolge ist die Retina, eine der am besten verstandenen und für das Gehirn am besten zugänglichen Wege, nur der Anfang.

Chichilnisky hofft, in den nächsten Jahren einen Laborprototypen zu haben und ihn innerhalb von fünf Jahren an lebenden Tieren zu testen. Die Vorhersage, wann ein solches Gerät beim Menschen getestet werden könnte, ganz zu schweigen davon, wann es allgemein verfügbar sein könnte, wird immer düsterer. Aber er hofft, dass die Humanstudien innerhalb des nächsten Jahrzehnts stattfinden könnten.

Obwohl die Technologie noch zu früh ist, um  ein Unternehmen zu gründen und Investoren zu suchen, hat Chichilnisky keinen Zweifel daran, dass viele sich dafür interessieren werden... und zwar bald. "Ich rede von einer Revolution", sagt er. Und wir haben das Glück, hier zu sein, um den Beginn des Ganzen mitzuerleben.

Quellen: Stanford Medicine Futurism.com