Modeli i Avancuar Kompjuterik Mundëson Përmirësime të Teknologjisë “Bionic Eye”

 Studiuesit në Shkollën e Mjekësisë Keck të USC zhvillojnë sinjale që mund të sjellin shikim me ngjyra dhe përmirësim të qartësisë në protezë për të verbërit.

Ka miliona njerëz që përballen me humbjen e shikimit të tyre. Çrregullimi gjenetik, pigmentoza retinit prek 1 në 4,000 njerëz në të gjithë botën.

Sot, ekziston teknologjia në dispozicion për të ofruar shikim të pjesshëm për njerëzit me atë sindromë. Argus II, proteza e parë e retinës në botë, riprodhon disa funksione të një pjese të syrit thelbësore për shikimin, për të lejuar përdoruesit të perceptojnë lëvizjen dhe format.

Ndërsa fusha e protezave të retinës është ende në fillimet e saj, për qindra përdorues anembanë globit, “syri bionik” pasuron mënyrën se si ata ndërveprojnë me botën në baza ditore. Për shembull, duke parë skica të objekteve u mundëson atyre të lëvizin nëpër mjedise të panjohura me një siguri të shtuar.

Ky është vetëm fillimi. Studiuesit po kërkojnë përmirësime në të ardhmen e teknologjisë, me një synim ambicioz në mendje.

“Qëllimi ynë tani është të zhvillojmë sisteme që imitojnë vërtet kompleksitetin e retinës”, tha Gianluca Lazzi, një Profesor Provost i Oftalmologjisë dhe Inxhinierisë Elektrike në Shkollën Keck të Mjekësisë të USC dhe Shkollën e Inxhinierisë USC Viterbi.

Ai dhe kolegët e tij USC kultivuan përparimin me studimet e fundit duke përdorur një model të përparuar kompjuterik të asaj që ndodh në retinë. Modeli i tyre i vërtetuar eksperimentalisht riprodhon format dhe pozicionet e miliona qelizave nervore në sy, si dhe vetitë fizike dhe të rrjetit që lidhen me to.

“Gjërat që as nuk mund t’i shihnim më parë, tani mund t’i modelojmë”, tha Lazzi, i cili është gjithashtu profesor Fred H. Cole në Inxhinieri dhe drejtor i Institutit USC për Teknologji dhe Sisteme Mjekësore. “Ne mund të imitojmë sjelljen e sistemeve nervore, kështu që ne mund të kuptojmë me të vërtetë pse sistemi nervor bën atë që bën.”

Duke u përqëndruar në modelet e qelizave nervore që transmetojnë informacionin vizual nga syri në tru, studiuesit identifikuan mënyra për të rritur potencialisht qartësinë dhe për të dhënë vizion me ngjyra në pajisjet e ardhshme protetike të retinës.

Syri, bionik dhe ndryshe

Për të kuptuar se si modeli kompjuterik mund të përmirësojë syrin bionik, ndihmon të dimë pak se si ndodh vizioni dhe si funksionon proteza.

Kur drita hyn në syrin e shëndetshëm, lentet e përqendrojnë atë në retinë, në pjesën e pasme të syrit. Qelizat e quajtura fotoreceptorë e përkthejnë dritën në impulse elektrike që përpunohen nga qelizat e tjera në retinë. Pas përpunimit, sinjalet kalojnë së bashku në qelizat ganglionale, të cilat japin informacion nga retina në tru përmes bishtave të gjata, të quajtura aksone, të cilat bashkohen së bashku për të krijuar nervin optik.

“Në këto kushte fatkeqe, nuk ka më një grup të mirë të hyrjeve në qelizën ganglionale,” tha Lazzi. “Si inxhinierë, ne pyesim se si mund ta sigurojmë atë hyrje elektrike”.

Një pacient merr një implant të vogël syri me një varg elektrodash. Ato elektroda aktivizohen në distancë kur një sinjal transmetohet nga një palë syze speciale që kanë një aparat fotografik në to. Modelet e dritës të zbuluara nga kamera përcaktojnë se cilat qeliza ganglionale të retinës aktivizohen nga elektrodat, duke dërguar një sinjal në tru që rezulton në perceptimin e një imazhi bardh e zi që përmban 60 pika.

Modeli kompjuterik gjykon përparime të reja

Nën kushte të caktuara, një elektrodë në implant do të stimulojë aksidentalisht aksonet e qelizave fqinje me synimin e saj. Për përdoruesin e syrit bionik, ky stimulim jashtë-shënjestër i aksoneve rezulton në perceptimin e një forme të zgjatur në vend të një pike. Në një studim të botuar në IEEE Transactions on Systems Neural and Rehabilitation Engineering, Lazzi dhe kolegët e tij vendosën modelin kompjuterik për të adresuar këtë çështje.

“Ju dëshironi të aktivizoni këtë qelizë, por jo aksonin fqinj,” tha Lazzi. “Kështu që ne u përpoqëm të krijonim një formë valore të stimulimit elektrik që synon më saktësisht qelizën.”

Studiuesit përdorën modele për dy nëntipe të qelizave ganglionale të retinës, në nivelin me një qelizë si dhe në rrjetet e mëdha. Ata identifikuan një model të impulseve të shkurtra që në mënyrë preferenciale synon trupat qelizorë, me më pak aktivizim të aksoneve jashtë objektivit.

Një studim tjetër i kohëve të fundit në revistën Scientific Reports aplikoi të njëjtin sistem modelimi kompjuterik në të njëjtat dy nëntipe të qelizave për të hetuar se si të kodifikohet ngjyra.

Ky hulumtim bazohet në hetime të mëparshme që tregojnë se njerëzit që përdorin Argus II perceptojnë ndryshime në ngjyrë me ndryshime në frekuencën e sinjalit elektrik – numrin e herëve që sinjali përsëritet për një kohëzgjatje të caktuar. Duke përdorur modelin, Lazzi dhe kolegët e tij zhvilluan një strategji për rregullimin e frekuencës së sinjalit për të krijuar perceptimin e ngjyrës blu.

Përtej mundësisë së shtimit të shikimit me ngjyra në syrin bionik, kodimi me nuanca mund të kombinohet me inteligjencën artificiale në përparimet e ardhshme bazuar në sistemin, në mënyrë që të bien në sy elementë veçanërisht të rëndësishëm.

“Ka një rrugë të gjatë, por ne po ecim në drejtimin e duhur”, tha Lazzi. “Ne mund t’i dhurojmë këto proteza me inteligjencë dhe me njohuri vjen fuqia.”