چشم مصنوعی (بیونیک Bionic) چیست و چطور کار میکند؟

“بهترین راه برای تشکر از خدا بخاطر داشتن بینایی، کمک کردن به کسانی است که در تاریکی قرار دارند”

ما در حال زندگی در جایی پر از رنگ ها و تصاویری هستیم که روزانه می بینیم، زندگی بدون دیدن تاریک است و افراد نابینا در این تاریکی زندگی می کنند. کاری که از ما ساخته است این نیست که فقط به یک نابینا کمک کنیم تا از جاده عبور کند ما باید کار بیشتری برای او به عنوان یک انسان انجام دهیم. از آنجا که ما به جامعه مهندسین تعلق داریم، اگر تلاش کنیم هیچ چیز برای ما غیرممکن نیست. اگر دانشمندان ایده تولید می کنند، مهندسان زندگی را در این ایده ها قرار می دهند. امروز ما همه ماشین آلات را در دست داریم، پس نوبت ما است که آنچه بشر به ما می دهد بازگردانیم.

امروزه در جهان حدود 40 میلیون نفر از نابینایی و حدود 140 میلیون نفر از کم بینایی رنج می برند و اگر در مورد هند صحبت کنیم بیشترین تعداد مبتلایان به نابینایی در جهان را در آنجا داریم. هدف از چشم بیونیک همان بازگرداندن سیگنال بینایی به افرادی است که از بیماری چشم مانند رتینیت پیگمنتوزا رنج می برند. در این تکنولوژی یک دوربین فیلمبرداری با یک عینک ادغام شده است که تصاویر را ضبط و پردازش می کند. تصاویر به صورت بی سیم به پردازنده کوچک ارسال می شود که آن را به سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند و این سیگنال ها بیشتر به شبکیه یا الکترود منتقل می شوند که سیگنال بصری را برای پردازش بیشتر به مغز ارسال می کند. بنابراین توسط این تکنولوژی افراد حتی نابینا نیز بینایی دارند.

چشم انسان

هنگامی که پرتوی نوری از جسمی به چشم ما می رسد، سیگنال ها به مغز ارسال می شوند و سپس مغز سیگنال را رمزگشایی می کند تا ظاهر، موقعیت و حرکات جسمی را که مشاهده می کنیم تصویرسازی کند. کل روند فقط با نور انجام می شود، بدون نور هیچ جهانی وجود ندارد به این معنی که ما بدون نور قادر به دیدن چیزی نیستیم.

قسمت اصلی چشم شبکیه است. شبکیه دیواره داخلی چشم است که به عنوان فیلم دوربین کار می کند تا سیگنال های نوری را گرفته و از طریق اعصاب بینایی برای ایجاد بینایی به مغز منتقل کند.

چشم مصنوعی (بیونیک)

این یک چشم مصنوعی است که احساسات بصری را به مغز ارائه می دهد. این سیستم از سیستم های الکترونیکی دارای حسگر های تصویر، ریزپردازنده ها، گیرنده ها، فرستنده های رادیویی و تراشه های شبکیه تشکیل شده است. این تکنولوژی به نابینایان کمک می کند تا بینایی مجدد داشته باشند.

این دستگاه از یک تراشه کامپیوتر تشکیل شده است که در پشت چشم فرد گذاشته شده و به یک دوربین فیلمبرداری کوچک که درون عینک تعبیه شده است متصل می شود. سپس تصویر گرفته شده توسط دوربین به تراشه داده می شود که آن را به سیگنالی الکترونیکی تبدیل می کند و مغز می تواند آن را تفسیر کند. تصاویری که توسط چشم مصنوعی تولید می شوند چندان عالی نیستند اما می توانند برای تشخیص کاملاً واضح باشند. ایمپلنت سلول های بیمار در شبکیه را دور می زند و از سلول های ممکن باقی مانده عبور می کند.

نحوه کار چشم مصنوعی

این دستگاه از 3500 میکرو فوتودیود تشکیل شده است که در قسمت پشت شبکیه قرار داده‌ شده اند. سیگنال الکتریکی که به مغز ارسال می شود از این سلول های کوچک خورشیدی بدست می آید زیرا نور طبیعی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

چشم بیونیک که یک دوربین متصل به عینک است و فرد نابینا می تواند از آن استفاده کند، مانند چشم انسان عمل می کند. اندازه دوربین کوچک است زیرا بر روی قاب عینک قرار می گیرد و می توانیم این ساختار را طوری تنظیم کنیم که تصویر به یک تراشه الکترونیکی کوچک (ریز پردازنده) ارسال شود. کار ریزپردازنده این است که داده های تصویر را به سیگنال الکترونیکی تبدیل کرده و آن را به گیرنده منتقل کند، سیگنال ها را از طریق یک سیم بسیار کوچک به صفحه الکترود می فرستد که توسط پزشکان در دیواره پشت چشم کار گذاشته شده که به آن شبکیه نیز می گویند. صفحه الکترود پالس هایی تولید می کند که از طریق عصب بینایی به مغز منتقل می شوند، عصب بینایی فرد نابینا گاهی اوقات آسیب می بیند پس ما از برخی دستگاه ها استفاده می کنیم که قادر به دور زدن سیگنال از راه های ممکن هستند، پس فقط سیگنال قادر به رسیدن به مغز است. وقتی سیگنال به مغز می رسد، مغز رمزگشایی سیگنال را شروع می کند و ما قادر به شناسایی موضوع هستیم، این فرایند خیلی سریع است که می توانیم مشابه چشم انسان ببینیم.

سیستم چشم بیونیک قابل استفاده

سیستم چشم بیونیک که توسط شرکت مستقر در کالیفرنیا به نام Second sight ساخته شده است، سیستم پروتز شبکیه چشم آرگوس II است که توسط FDA در ایالات متحده تایید شده است. پروتز شبکیه یک ایمپلنت پزشکی است که برای بازگرداندن بخشی از بینایی مفید برای کسانی که به دلیل این بیماری بینایی خود را از دست داده اند، استفاده می شود.

طبق یک نظرسنجی از هر 5000 نفر یک نفر مبتلا به این بیماری است. قبلاً با استفاده از کاشت شبکیه برای فرد نابینا سیگنال نبض به مغز ارائه می شد. یک دوربین فیلمبرداری کوچک برای بدست آوردن داده هایی است که به صورت بی سیم به یک واحد پردازش ویدئو منتقل می شود که داده ها را به سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند و سپس سیگنال های منتقل شده به الکترودها ضربه ای را برای تفسیر به مغز ایجاد می کنند و یک فرد نابینا قادر به دیدن مانند یک انسان عادی می شود، اما دید آن 100٪ کامل نیست.

آینده چشم های مصنوعی

در آینده ما می توانیم تعداد بیشتری از الکترود ها را که قادر به تولید تصویر واضح تر، رنگی تر و عملکردی تر برای افراد نابینا از بیماری شبکیه پیگمانتوزا و سایر بیماری های شبکیه، از جمله تخریب ماکولا هستند، افزایش دهیم.

دانشمندان در حال آزمایش دستگاه هایی با الکترود بیشتر هستند تا بتواند شبکیه را دور زده و سیگنال ها را مستقیماً به مغز منتقل کند. نسل بعدی محرک شبکیه آرگوس II قرار است 60 الکترود قابل کنترل را طراحی کند که تصاویر را با وضوح بالاتر برای افراد نشان می دهد.

وقتی با یک چشم بیونیک ببینید اطراف چگونه به نظر می رسد؟

بینایی که چشم بیونیک فراهم می کند با دیدی که انسان قبلا داشته است متفاوت است. این دید، کاملا کامل یا واضح نیست. آزمایشی که توسط شرکت تولید کننده انجام شده است، حدود نیمی از نابینایان قادر به خواندن حروف بسیار بزرگ با ارتفاع حدود 9 اینچ از فاصله 1 فوت یا 23 سانتی متر از 0.3 متر بودند. تعداد کمی از افراد نابینا قادر به خواندن حروف کوچکتر با ارتفاع حدود 1-2 اینچ با 1 فوت فاصله بودند یا ارتفاع آن ها تقریباً 2.5 تا 5 سانتی متر است که از فاصله 0.3 متری و کلمات کوتاه دیده می شود. پس از آزمایش مشخص شد که اکثر افراد نابینا از سیستم آرگوس II بهره مند می شوند.

محدودیت ها

• سرانجام، همه چیز در مورد هزینه چشم مصنوعی است، برای یک جفت چشم چیزی در حدود 30000 دلار هزینه دارد که برای شخص مبتلا مبلغ مطلوبی نیست.
• هر نوع فرد مبتلا به بیماری چشم با این روش درمان نمی شود مثلا برای بیماران گلوکومی مفید نخواهد بود، عمدتا به شخص مبتلا به رتینیت پیگمنتوزا کمک می کند.
• جایگزین مصنوعی برای بدن انسان یک کار خطرناک است زیرا ممکن است باعث مرگ شود یا برخی اتفاق های جدی رخ دهد.
• همانطور که می دانیم این یک چشم انسان نیست بلکه یک چشم مصنوعی است بنابراین یک فرد مبتلا نمی تواند 100٪ بینایی کامل داشته باشد.