Forscher der Monash University haben eine neue Methode zur Kartierung von Phosphänen entwickelt, den hellen Entladungen, die wir sehen, wenn kein Licht in unsere Augen eindringt. Die Kartierungstechnik zielt darauf ab, die Wirksamkeit von Operationen für Patienten zu verbessern, die eine kortikale Sehprothese, auch bekannt als “bionisches Auge”, erhalten.

Kortikale Sehprothesen sind implantierte Geräte, die den visuellen Kortex des Gehirns stimulieren, um die Sehfähigkeit wiederherzustellen, wenn die Netzhaut oder der Sehnerv geschädigt ist. Die Prothese besteht aus einer Reihe feiner Elektroden, und das Verständnis für ihre optimale Platzierung zur Erzeugung nützlicher Bilder ist aufgrund der begrenzten Anzahl von Elektroden von entscheidender Bedeutung.

Die Forscher der Monash University um Associate Professor Yan Tat Wong arbeiten daran, die ideale Verteilung der Phosphäne zu bestimmen. Phosphäne sind ungleichmäßig im Sichtfeld einer Person verteilt, und die Hirnoberfläche beeinflusst auch die Platzierung der Implantate, was zu einer einzigartigen Phosphänkarte für jeden Patienten führt.

In ihrer Studie, die im Journal of Neural Engineering veröffentlicht wurde, schlagen die Forscher eine realistischere Simulation für kortikale prothetische Vision vor. Sie verwendeten Magnetresonanztomographie (MRT)-Scans, um einen Retinotopie-Datensatz zu erstellen, und konsultierten einen Neurochirurgen, um geeignete Implantationsorte zu identifizieren. Ein Cluster-Algorithmus wurde dann verwendet, um die geeignetsten Regionen zur Präsentation von Reizen zu bestimmen.

Sehende Teilnehmer wurden rekrutiert, um die Phosphänenkarten anhand der Sehschärfe und der Objekterkennung zu testen und zu validieren. Die Forscher wollen ihre Simulationsmethodik in die chirurgische Planung integrieren, um die Platzierung kortikaler Prothesen zu optimieren. Der Prozess beginnt mit einer MRT-Untersuchung, um die Gehirnoberfläche des Empfängers im Bereich des visuellen Kortex zu kartieren. Potenzielle Implantationsorte werden identifiziert, und die Simulation wird verwendet, um die Phosphänen abzubilden.

Durch die Verwendung von Metriken zur Identifizierung praktischer Implantationsorte, die eine verwendbare Phosphänenkarte wahrscheinlicher erzeugen, können die Forscher diese Optionen mithilfe von Psychophysiktests an sehenden Teilnehmern unter Verwendung von Virtual Reality-Headsets verifizieren. dieser Ansatz wird als erste realistische Simulation der visuellen Erfahrung kortikaler prothetischer Vision betrachtet.

Einführung

Forscher der Monash University haben eine neue Methode zur Kartierung von Phosphenen entwickelt, den hellen Blitzen, die wir sehen, wenn kein Licht in unsere Augen gelangt. Diese Kartierungstechnik zielt darauf ab, die Wirksamkeit der Chirurgie für Patienten zu verbessern, die eine visuelle kortikale Prothese erhalten, auch als “bionisches Auge” bekannt.

Was sind visuelle kortikale Prothesen?

Visuelle kortikale Prothesen sind implantierte Geräte, die den visuellen Kortex des Gehirns stimulieren, um das Sehvermögen wiederherzustellen, wenn die Netzhaut oder der Sehnerv geschädigt ist. Die Prothese besteht aus einer Reihe feiner Elektroden, und das Verständnis ihrer optimalen Platzierung zur Erzeugung nützlicher Bilder ist aufgrund der begrenzten Anzahl von Elektroden entscheidend.

Der Bedarf an Phosphene Mapping

Phosphenes sind ungleichmäßig im Blickfeld einer Person verteilt, und die Oberfläche des Gehirns beeinflusst auch die Platzierung der Implantate, was zu einer einzigartigen Phosphene-Karte für jeden Patienten führt. Die Forscher der Monash University möchten die ideale Verteilung von Phosphenen bestimmen, um das visuelle Erlebnis von Personen mit visuellen kortikalen Prothesen zu verbessern.

Verständnis der Phosphenes

Phosphenes sind die hellen Blitze oder visuellen Empfindungen, die wir wahrnehmen, wenn kein externes Licht in unsere Augen gelangt. Diese können durch verschiedene Verfahren induziert werden, wie z.B. das Ausüben von Druck auf die Augen, elektrische Stimulation oder sogar natürliche Vorkommnisse wie Niesen. Phosphenes sind einzigartig für jede Person und können in Form, Größe und Intensität variieren.

Der Forschungsprozess

In ihrer Studie, die im Journal of Neural Engineering veröffentlicht wurde, schlagen die Forscher eine realistischere Simulation für die kortikale prosthetische Vision vor. Sie verwendeten Magnetresonanztomographie (MRT)-Scans, um einen Retinotopiedatensatz zu erstellen, und konsultierten einen Neurochirurgen, um geeignete Implantationsorte zu identifizieren. Ein Clustering-Algorithmus wurde dann verwendet, um die geeignetsten Regionen für die Darbietung von Reizen zu bestimmen.

Erstellung eines Retinotopie-Datensatzes

Die Forscher verwendeten Magnetresonanztomographie (MRT)-Scans, um einen Retinotopie-Datensatz zu erstellen. Dieser Datensatz liefert eine detaillierte Karte des visuellen Kortexbereichs im Gehirn, was die Identifizierung potenzieller Implantationsorte für visuelle kortikale Prothesen ermöglicht.

Konsultation mit einem Neurochirurgen

Die Forscher arbeiteten mit einem Neurochirurgen zusammen, um geeignete Implantationsorte auf der Grundlage des Retinotopie-Datensatzes zu bestimmen. Durch die Kombination ihres Fachwissens in Neurowissenschaften und medizinischer Praxis konnten sie optimale Positionen für die Platzierung der Elektroden identifizieren, die den visuellen Kortex effektiv stimulieren würden.

Bestimmung optimaler Regionen für die Reizdarbietung

Mit Hilfe eines Clustering-Algorithmus bestimmten die Forscher die geeignetsten Regionen im visuellen Kortex für die Darbietung von Reizen. Dieser Schritt war entscheidend, um das Potenzial für die Erzeugung nützlicher Phosphenes zu maximieren und das gesamte visuelle Erlebnis für Patienten mit visuellen kortikalen Prothesen zu verbessern.

Validierung und Testung

Es wurden sehende Teilnehmer rekrutiert, um die Phosphene-Karten anhand der Sehschärfe und Objekterkennung zu testen und zu validieren. Die Forscher möchten ihren Simulationsparadigma in die chirurgische Planung integrieren, um die Platzierung von kortikalen Prothesen zu optimieren. Der Prozess beginnt mit einer MRT-Untersuchung, um die Gehirnoberfläche des Empfängers im Bereich des visuellen Kortex abzubilden. Potenzielle Implantat-Standorte werden identifiziert und die Simulation wird zur Kartierung der Phosphenes verwendet.

Rekrutierung sehender Teilnehmer

Um die Wirksamkeit der Phosphene-Karten zu validieren, rekrutierten die Forscher sehende Teilnehmer. Diese Teilnehmer wurden Tests unterzogen, um ihre Sehschärfe und ihre Fähigkeit zur Objekterkennung unter Verwendung der simulierten kortikalen Prothesenvision zu bewerten.

Usability-Tests mit Virtual-Reality-Headsets

Virtual-Reality-Headsets wurden verwendet, um das visuelle Erlebnis der kortikalen Prothesenvision zu simulieren. Sehende Teilnehmer wurden mit den Phosphene-Karten durch diese Headsets konfrontiert, was ihnen ermöglichte, Feedback zur Praktikabilität und Nützlichkeit der simulierten Vision zu geben.

Fortschritte bei der chirurgischen Planung

Indem sie Metriken verwenden, um praktische Implantationsorte zu identifizieren, die wahrscheinlicher eine verwendbare Phosphene-Karte erzeugen, können die Forscher diese Optionen durch psychophysikalische Tests an sehenden Teilnehmern verifizieren. Dieser Ansatz gilt als erste realistische Simulation des visuellen Erlebnisses einer kortikalen Prothesenvision.

Optimierung der Platzierung kortikaler Prothesen

Die Integration des Simulationsparadigmas in den chirurgischen Planungsprozess ermöglicht die Optimierung der Platzierung kortikaler Prothesen. Indem sie die einzigartige Phosphene-Karte jedes Patienten berücksichtigen und die Erkenntnisse aus dem Validierungsprozess nutzen, können Chirurgen die Wirksamkeit und visuellen Ergebnisse für Personen verbessern, die visuelle kortikale Prothesen erhalten.

Verbesserung des visuellen Erlebens

Das ultimative Ziel des Phosphene-Mappings besteht darin, das visuelle Erlebnis für Patienten mit visuellen kortikalen Prothesen zu verbessern. Durch die präzise Platzierung der Elektroden zur Erzeugung nützlicher Phosphenes und die Berücksichtigung individueller Variationen hat diese neue Kartierungstechnik das Potenzial, die Qualität der Sehwiederherstellung bei Menschen mit Sehbeeinträchtigungen signifikant zu verbessern.

Conclusion

Die innovative Methode zur Kartierung von Phosphenen, die von Forschern der Monash University entwickelt wurde, hat vielversprechende Auswirkungen auf das Feld der bionischen Augenchirurgie. Durch den Einsatz realistischer Simulationen, konsultativer Ansätze und Validierung durch Usability-Tests kann die Platzierung visueller kortikaler Prothesen zur Verbesserung der visuellen Ergebnisse optimiert werden. Diese Forschung eröffnet Möglichkeiten für eine verbesserte chirurgische Planung und eine verbesserte Lebensqualität für Menschen mit Sehbeeinträchtigungen.

Quelle

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