صورتی طبیعی با چشم مصنوعی

 در سال های گذشته بیوتکنولوژی با ساخت و ارائه انواع دستگاه های توان بخشی خود را به عنوان علمی که سریع ترین پیشرفت را در حوزه تحقیقات داشته معرفی کرده است.
  از جمله این دستگاه ها می توان به دست های مصنوعی  که به افراد معلول اجازه کنترل آن ها را از طریق فکر کردن را می دهند اشاره کرد. همچنین سیستمی به نام Brain Port به افرادی که از ناهنجاری های بینایی و تعادلی رنج می برند این امکان را می دهد تا اطلاعات موردنیاز مغز برای رفع این نقیصه را از طریق زبان خود و بدون نیاز به ارگان های آسیب دیده شان به مغز برسانند. در راستای این پیشرفت ها اکنون کمپانی آمریکایی Second Sight با دریافت تاییدیه از FDA اقدام به آزمایش سیستم ایمپلنت شبکیه چشم کرده که تا حدی توانسته بینایی را به افراد نابینا بازگرداند.

پروتز چشم
پروتز چشمی یا چشم مصنوعی جای گزینی برای چشم طبیعی است. چشم مصنوعی قادر به دیدن نیست و تنها  یک پروتز ظاهری است و برای ایجاد ظاهری طبیعی تر انجام می شود.
  با گذاشتن پروتز در چشم تخلیه شده حجم چشم در صورت باقی می ماند. چشم، حدودا کره ای با قطر 24 میلی متر است. ممکن است پزشک بنا به دلایلی مانند داشتن تومور در چشم و بد شدن ظاهر چشم پس از یک جراحت چشمی، مجبور به خالی کردن حدقه چشم شود. این کار به دو صورت انجام می گیرد، خالی کردن چشم و باقی گذاشتن صلبیه و ملتحمه که Evisceration خوانده می شود و خالی کردن تمام چشم به صورت کامل که Enucleation نامیده می شود.
  معمول ترین نوع این چشم همان چشم شیشه ای است که از پلاستیک طبی اکریلیک ساخته می شود. امروزه تعداد اندکی پروتزهای چشمی از شیشه کرایولیت (فلورید سدیم و آلومینیوم) ساخته شده اند. ایمپلنت های حدقه چشم اکنون پیشرفت کرده اند تا اجازه رشد طبیعی به بافت و رگ های خونی اطراف را بدهند. به این ترتیب احتمال پس زدن چشم های مصنوعی به دلیل استفاده از مواد مصنوعی در بدن، کاهش می یابد. همچنین این چشم مصنوعی حرکتی بهتر خواهند داشت. اگر بافت اطراف حدقه چشم به دلیل جراحت یا درمان رادیوتراپی قبلی، چروک خورده باشد بیمار برای ایمپلنت چشمی مناسب نیست. عمل خالی کردن چشم و کاشت آن باید با بی هوشی عمومی همراه باشد و معمولا 1 تا 5/1 ساعت به طول می انجامد.

  با توجه به آمار موجود حدود 10 درصد از افراد بالای 55 از بیماری Macular Degeneration رنج می برند. همچنین در حدود 5/1 میلیون نفر در سراسر جهان به بیماری آماس (طب) شبکیه چشم (Pigmentosa Retinitis) که یک بیماری ارثی به حساب می آید مبتلا هستند. این بیماری ارثی به حساب می آید مبتلا هستند.  این بیماری ها با حمله به سول های موجود در پشت شبکیه چشم که وظیفه دریافت الگوی نور و فرستادن آن از طریق پالس های عصبی به مغز را دارند، مرگ تدریجی این سلول ها را در پی خواند داشت. در حال حاضر آزمایشات صورت گرفته نشان می دهند که شبکیه مصنوعی یا ایمپلنت شبکیه چشم ساخته شده که Argus ? نام دارد با بر عهده گرفتن وظیفه این سلول های مرده به افرادی که به دلیل ابتلا به این بیماری های چشمی بینایی خود را از دست داده اند امکان تشخیص نور را می دهد. بدین ترتیب این بیماران می توانند بینایی خود را هر چند به میزان ناچیز بازیابند.
  همان طور که در شکل 1 مشاهده می شود این عضو مصنوعی ساخته شده از بخش های زیر تشکیل یافته است: 1- دوربین دیجیتال که در میان یک جفت شیشه تعبیه شده است.
2- پردازنده بسیار کوچک قابل حمل.
3- فرستنده رادیویی بی سیم.
4- گیرنده رادیویی بی سیم.
5- تعدادی الکترود.
  سیستم مذکور انرژی مورد نیاز خود را از باتری هایی که در  بخش پردازش تصویر تعبیه شده اند  تامین می کند.
  تصویر گرفته شده از محیط پیرامون توسط دوربین که می توان به عنوان مثال آن را یک درخت تصور کرد، یک تصویر خام تشکیل یافته از پیکسل های تاریک و روشن است که می بایست برای پردازش و تبدیل به فرم قابل استفاده  برای سایر بخش ها به بخش پردازش گر تصویر انتقال یابد.
   با این کار الگوی پیکسلی نمایان گر به یک سری پالس های الکتریکی که همان مفهوم درخت را  با خود به دنبال دارند تبدیل شده و به فرستنده موجود در بخش شیشه ای فرستاده می شود. این فرستنده با برقراری  ارتباط بی سیم با گیرنده تعبیه شده در درون چشم بیمار از طریق امواج رادیویی پالس های تولید شده در فرستند را به گیرنده منتقل می کند. در این بخش پالس ها به وسیله سیم به آرایه ای از الکترود ها انتقال می یابند. این الکترودها در واقع همان نقش سلول های شبکیه که در اثر بیماری از بین رفته اند را ایفاء می کنند. بدین ترتیب الکترودها بر اساس الگوی سایه روشن کد گذاری شده در پالس های الکتریکی  بر انگیخته شده و سیگنال های الکتریکی را به عنوان سیگنال های عصبی از طریق اعصاب بینایی سالم باقی ماده به مغز منتقل می کنند. در انتها مغز با تفسیر این سیگنال ها به عنوان یک درخت فرمان دیده شدن آن را به بیمار می دهد.
   لازم به ذکر است که بهبود بینایی افباد به این روش یک فرایند زمان بر است که نیاز به تمرین دارد، در ابتدا اشیاء فقط به صورت سایه روشن دیده می شود. یادگیری چگونگی تعبیر و تفسیر فرمان های ارسال شده از سوی مغز در این رابطه یک مرد 58 ساله آمریکایی که در سال 1993 پس از ابتلا به بیماری Retinitis Pegmentosa بینایی خود را از دست داد و در سال 2004 برای استفاده از ایمپلنت تحت عمل جراحی قرار گرفت، می گوید: «در ابتدا همه چیز شبیه یک سری نقاط به هم چسبیده به نظر می رسید. ولی اکنون بیشتر قادر به دیدن هستم. حال وقتی در خیابان راه می روم با دیدن گوشه هایی از شاخه های خم شده درختان می توانم از برخورد با آن ها جلوگیری کنم. درست است که نمی توانم افراد را از روی چهره آن ها تشخیص دهم ولی می توانم سایه تاریکی از آن ها را مشاهده کنم».
  نمونه های اولیه این ایمپلنت ها که تنها از 16 الکترود برخوردار بودند پس استفاده توسط 6 بیمار داوطلب نتایج رضایت بخشی را از خود بر جای گذاشتند. چرا که این افراد توانستند پس از جراحی تا حدی بینایی خود را  بازیابند و اشکال و حرکات را تا حد قابل قبولی تشخیص دهند. این امر امیدواری زیادی را در میان دانشمندان به وجود آورده است که امروزه با پیشرفت تکنولوژی بتوانند برای دستیابی به رزولوشن بالاتر برای تصاویر و ایجاد امکان تشخیص چهر ها برای بیماران از تعداد بیشتری الکترود استفاده کنند. همچنین به منظور کم خطرتر و آسان تر شدن جراحی مورد نیاز برای تعبیه این دستگاه درون چشم، تلاش گسترده برای هر چه کوچک تر کردن آن آغاز شده است، این در حالی است که چنان چه نتایج به دست آمده از کار گذاشتن نسل دوم ایمپلنت ها با 60 الکترود در چشم 75 بیمار داوطلب که در آینده ای نزدیک صورت می پذیرد موفقیت آمیز باشد، می توانیم شاهد تولید تجاری این محصول و عرضه آن به بازار با قیمتی در حدود 30000 دلار تا سال 2010 باشیم.  پروتز شبکیه بهتر است به صورت بی سیم عمل کند. اطلاعات و نیروی لازمه به صورت بی سیم و از طریق فرکانس رادیویی (RF) از سیم پیچ انتقال دهنده اولیه به سیم پیچ دریافت کننده ثانویه می رسد. به این ترتیب از ایجاد ارتباط سیمی بین چشم و سخت افزار خارجی جلوگیری می شود. تنها آرایه الکترودی در فضایی زیر شبکیه قرار می گیرد. تصاویر به دست آمده از دوربین خارجی به سیگنال الکترومغناطیسی تبدیل شده و از سیم پیچ اطلاعات اولیه که خارج از چشم است به سیم پیچ اطلاعات ثانویه می رسد. نیرو نیز به همین صورت جا به جا می شود. نقطه قوت  این روش در این است که بیشتر حجم دستگاه بیرون چشم است و تنها آرایه الکترودی به داخل صلبیه می رود. هسته پروتز شبکیه 000/25 ترانزیستور تراشه محرک است. این قطعه طراحی انعطاف پذیری دارد و می تواند در محدوده وسیعی از فرکانس های ساعت کنترل شده خارجی عمل کند. این تراشه طول پالس های جریان، دامنه ها و تداخالات پالس داخلی مختلفی را ایجاد می کند و مجموعه الکترودهایی که باید تحریک شوند را انتخاب می کند. مهم ترین مشکل آن است که انتقال سیگنال به اندازه کافی مقاوم نیست. همچنین لزوم اضافه کردن توانایی تله متری با پهنای باند پایین برای نمایش ولتاژ و امپدانس الکترودها احساس می شود. برای این کار احتیاج به ساخت آرایه میکروالکترودی، زیر لایه انعطاف پذیر، سیستم تست و کنترلر محرک الکترونیکی، انتقال دهنده اطلاعات و سیستم تست غوطه ور حساس برای بررسی جریان های بسیار کم در حد پیکو آمپر بر اساس نشتی آب وجود ندارد. این طراحی جدید که بیشتر ساختمان پروتز را خارج چشم نگاه می دارد دارای مزایای زیر است:
1- احتمال ریسک کمتر تروما و عفونت پس از جراحی به خاطر داخل شدن تنها آرایه الکترودی به چشم.
2- این آرایه به دیواره خارجی می چسبد و نیازی به وصل شدن مستقیم یا چسبیدن به خود شبکیه را ندارد.
3-  به دلیل آن که سخت افزار این پروتز خارج چشم است، تولید گرما در اجزاء الکترونیکی، شبکیه را تحت تاثیر قرار نمی دهد.
4- وسعت حفره چشمی اجازه استفاده از تجهیزات الکترونیکی خارجی استاندارد و ضخیم تری می دهد.
5- دامنه جریان لازم برای تحریک نورون های شبکیه در صورت نزدیک بودن آرایه الکترودی به نور و نمای خارجی شبکیه، کمتر می شود.
آرایه الکترودی کوچک ساخته شده (در حد میکرو)، باید به فضای زیر شبکیه ای برود پس باید زیست سازگار باشد. باید پوششی سازگار با این ناحیه ایجاد شود تا از ایجاد رشد سلولی در اطراف الکترود جلوگیری شود. این پوشش باید آرایه را در برگیرد. تحقیقات نشان داده است که پلی اتیلن گلی کول PEGT، سازگاری بالایی با پوشش این ناحیه دارد، پس توجه به سمت استفاده از پلی مرهای PEG معطوف شده است. ترکیب انتخاب شده برای این کار PEG مخلوط با پلی آمینو اسید است که به زیر لایه انعطاف پذیر طلایی مدار اضافه می شود. آزمایش هایی که در محیط های محلول انجام شد مقداری لایه لایه شدگی در پوشش انتخابی و خوردگی در سطح فلزی را نشان می داد که دلیلی بر نامناسب بودن استفاده دراز مدت از این وسیله است. راه حل این مشکل در استفاده از پوشش سرامیکی است.