Микростимуляция зрительной коры помогла макакам увидеть буквы на пустом экране

Нидерландские ученые протестировали микростимуляцию мозга для восстановления зрения на макаках. С помощью вживленных в область зрительной коры пластин из 1024 электродов ученые смогли заставить животных видеть буквы на пустом экране, а точность их распознавания оказалась сравнима со стандартной внешней зрительной стимуляцией. В будущем это может помочь повысить разрешение восстановленного с помощью стимуляции зрения, пишут ученые в журнале Science.

Так как слепота, в основном, происходит из-за повреждения сетчатки или зрительного нерва, восстанавливать зрение пробуют напрямую через головной мозг. При условии невредимости отделов зрительной коры с помощью стимуляции можно заставить ослепшего человека видеть простые зрительные образы — фосфены. Обычно фосфены неспецифичны: это могут быть световые точки или небольшие бесформенные фигуры, поэтому говорить о восстановлении зрения при их появлении все же нельзя. 

Воссоздать в поле зрения человека более сложные фигуры, однако, можно: зрительная кора устроена ретинотопически, то есть то, что попадает в определенное место на сетчатку глаза, обрабатывается пространственно аналогичными зрительными центрами. Например, в мае этого года ученым с помощью точечной стимуляции зрительной коры удалось заставить слабовидящих людей видеть определенные буквы — так, что они даже смогли их нарисовать.

Пространственное разрешение даже более точных зрительных образов при этом все равно остается низким, и это ограничение обусловлено двумя факторами: количеством используемых электродов и площадью их стимуляции в коре, а также максимальной безопасной для тканей силой тока — до нескольких миллиампер. Попробовать обойти оба эти ограничения с помощью микростимуляции решили Питер Рёльфзема (Pieter Roelfsema) из Нидерландского института нейронаук и его коллеги. 

В эксперименте ученых приняли участие две макаки, в зрительную кору которых вживили 16 пластин из 1024 микроэлектродов (по 64 на каждую). 14 пластинок поместили по площади первичной зрительной коры, а еще две — в область V4, отвечающую за восприятие цветов: при этом пластины в V4 использовали не для стимуляции, а для регистрации активности под действием стимуляции первичной зрительной коры.

Еще до начала эксперимента макак научили распознавать 16 разных букв и узнавать их на экране — движения глаз в этот момент регистрировали с помощью айтрекера. В самом эксперименте фигуры на экране ученые заменили стимуляцией зрительной коры: они предположили, что по движению глаз макаки в определенную область экрана можно будет точно предсказать, какую именно букву и в каком месте видит животное.

Перед тем, как перейти к распознаванию сложных образов (букв), ученые стимулировали первичную зрительную кору макак так, чтобы те смогли увидеть хотя бы две точки (два фосфена) в разных областях экрана. Если айтрекер регистрировал перемещение взгляда макаки в ту область зрительного поля (экрана), которая соответствовала месту стимуляции, то ученые делали вывод, что макака в действительности видит воссозданный зрительный образ.

Оказалось, что для того, чтобы макаки увидели хотя бы половину из фосфенов, достаточно стимуляции в 12,6 миллиампера, а чтобы повысить точность распознавания образов до ста процентов, пришлось увеличить силу тока до, в среднем, 23 миллиамперов для одной макаки и 50 миллиамперов — для другой. При этом стимуляция первичной зрительной коры при появлении фосфенов коррелировала (p 0,001) с активностью V4: это означает, что по тому, как вторичные отделы зрительной коры реагируют на стимуляцию первичного, можно подбирать необходимую силу тока при стимуляции и саму стимулируемую область.

Далее ученые перешли к распознаванию букв: для этого микроэлектроды стимулировали в форме тех букв, образ которых необходимо было вызвать в зрительном поле. Первая макака распознала 81 процент букв, воссозданных с помощью стимуляции, а вторая макака — 71 процент: для сравнения, в зрительной версии задания, когда животным необходимо было распознать буквы на экране, макаки правильно распознавали 93 и 88 процентов букв соответственно.

Исследователи, таким образом, в очередной раз показали эффективность стимуляции первичной зрительной коры для частичного восстановления зрения. Интересно, что стимуляция силой в несколько десятков миллиампер, необходимая для повышения точности, оказывается (по крайней мере, для макак) безопасной — в будущем это сможет значительно повысить пространственное разрешение появляющихся фосфенов.

Следует учесть, что даже использование более тысячи микроэлектродов пока что не позволяет восстановить зрение полностью: речь все еще идет только о том, чтобы позволить слабовидящим увидеть простые формы и фигуры, вроде тех же букв и цифр. Пока что, поэтому, помочь взаимодействовать с миром в отсутствии зрения могут другие технологии: например, умные очки со встроенной функцией распознавания и голосовым помощником, которые в марте показала голландская компания Envision. 

Елизавета Ивтушок

Источник: nplus1.ru

. .