Sehprothesen, Retina Implantate
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Sehprothesen: Das bionische Auge

Der Verlust des Sehsinns rangiert unter den bedrohlichen Erkrankungen ganz oben. Kein Wunder, liefert er doch bis zu achtzig Prozent der Informationen über die Außenwelt. Zwei neue Implantate sollen nun zumindest etwas Licht ins Dunkel bringen.

Weltweit sind nach WHO-Angaben für 36 Millionen Menschen die Fenster zur Welt geschlossen. Hierzulande teilen dieses Schicksal ca. 150 000 Blinde. Sie leiden meist an altersbedingter Makuladegeneration (AMD) oder an Retinitis Pigmentosa mit einhergehender irreversiblen Zerstörung der Sinneszellen in der Netzhaut.

Seit vielen Jahren versuchen Forscher deshalb durch eine Transplantation von Netzhautgewebe – gezüchtet aus Stammzellen - in Tierversuchen rudimentäre Sehfunktionen zurückzugewinnen. Eine Anwendung dieser Methode am Menschen ist allerdings im nächsten Jahrzehnt nicht zu erwarten. Bessere Aussichten auf eine teilweise Wiederherstellung des Augenlichts versprechen da elektronische Lösungen in Form von Implantaten.

Die Welt in Schwarz-Weiß

So stellten erst kürzlich Wissenschaftler der ETH Lausanne (EPFL) ein Retina-Implantat vor, das mit Elektroden die Netzhautzellen elektrisch stimuliert. Bisher erreichte diese Methode ein Gesichtsfeld von gerade einmal 20 Grad, die EPFL- Variante mit 46 Grad kommt da auf mehr als das Doppelte. Bei vierzig Grad spricht man von einer „normalen“ Sicht.

Aktuelle Netzhautimplantate bestehen aus einem Elektrodengitter, das mit einer Brille, Kamera und einem Mikrocomputer verkabelt ist. Die Kamera sendet dabei die im Sichtfeld erfassten Bilder an den Computer, welcher sie in elektrische Signale umwandelt und an die Elektroden weiterleitet. Diese erzeugen dann über die Stimulierung der retinalen Ganglienzellen jeweils einen Lichtpunkt. Das Ergebnis: Ein aus vielen einzelnen Lichtpunkten zusammengesetztes Schwarzweißmuster. Das muss der Patient lernen zu interpretieren, um letztlich Objekte zu erkennen.

Das EPFL-Implantat funktioniert ähnlich, allerdings drahtlos. Denn die Forscher ersetzten die Elektroden durch 10500 photovoltaische Pixel. Diese benötigen keine externe Energiequelle, und das von der Kamera aufgenommene Licht muss nicht mehr in elektrische Signale umgewandelt werden. So konnte die Anzahl der Lichtpunkte deutlich erhöht werden, was dem Gesichtsfeld und der Bildqualität zugute kommt.

Erste Tests mit isolierten Tieraugen verliefen bereits erfolgreich. Im nächsten Schritt muss das EPFL-Implantat seine Qualitäten im Rahmen von In-vivo-Studien zeigen.

Implantat für Kopfkino

Parallel zu Retinaprothesen arbeiten Wissenschaftler an sogenannten Corticalen Implantaten. Diese adressieren zentrale Erkrankungen des Sehsystems wie sie zum Beispiel durch Diabetes mellitus verursacht werden. Direkt in den Cortex (Hirnabschnitt) eingepflanzt stimulieren sie neuronale Funktionen durch elektrische Impulse und rufen so Seheindrücke hervor.

Im internationalen Projekt „I See“ etwa verwandelt eine Miniaturkamera Bilder in Signalmuster, die an Implantate im Gehirn übertragen werden. Dort steuern sie direkt die Hirnareale an, welche für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig sind.

Bislang erzeugen solche kortikalen Sehprothesen mit elektrischen Pulsen meist nur grelle, runde Lichtpunkte. Erhöht man diese, führt die gleichzeitige Stimulation mit mehreren Elektroden jedoch schnell zu sehr großen injizierten Strömen und damit zu einer Überlastung des Sehsystems.

Die Prothesen lassen sich jedoch erheblich verbessern, wenn sie Rücksicht auf die schon vorhandene Aktivierung der Sehhirnrinde nehmen und die Stimulation auf die Informationskodierung im Gehirn anpassen. Zukünftige Brain-Computer-Interfaces sollen deshalb mit fortschrittlichen Datenanalyse-Methoden die „Sprache des Gehirns“ erlernen und den richtigen Zeitpunkt abpassen, um den erwünschten Seheindruck an die Voraktivierung des Gehirns sanft anzukoppeln.

Während für Gehörlose Cochlea-Implantate bereits medizinischen Standard darstellen, sind Projekte wie „I See“ für Sehbehinderte noch eine Vision, die aber verspricht die Lebensqualität der betroffenen Menschen künftig zu verbessern.

Knowledge Base

Nature communications: Design and validation of a foldable and photovoltaic wide-field epiretinal prosthesis
https://doi.org/10.1038/s41467-018-03386-7

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