Scienty

Всякий день мы узнаем о мире больше всего благодаря зрению – это неоспоримый факт. Однако каждый год человечество все сильнее напрягает глаза: очки перестали быть атрибутом ученого, потерявшего остроту зрения за чтением, и стали нормой для множества людей, проводящих перед экранами компьютеров и смартфонов часы напролет. Сегодня речь пойдет о том, что находится за пределами обыкновенных увеличительных стекол и «обыденных» нарушений зрения. Мы поговорим о технологиях для слабовидящих или слепых.

Сначала следует обратиться к истории. Идея «увеличительного стекла для зрения» известна людям уже несколько тысячелетий: работы Плиния Старшего повествуют о линзе из изумруда, которую император Нерон использовал, чтобы наблюдать за гладиаторскими боями. Из-за сложности создания подобных линз многие века они оставались либо игрушкой для богатых, либо редким и очень ценным инструментом, доступным только немногим. Обыкновенно подобные линзы применялись для астрономических целей, а не медицинских.

Как же в таком случае справлялись с ежедневными задачами слабовидящие и слепые? Ответ очевиден — за счёт других органов чувств, осязания и слуха. Архаичны эти методы или нет, сохранились и по сей день, поскольку очень просты по своей сути и дешевы в реализации. Хотя нужно отдать должное тифлотехнике — сегодня мы зашли куда дальше обычной тактильной трости для ориентации. Для слабовидящих и незрячих создают разнообразные индикаторы, которые звуком или вибрацией сообщают о событиях вокруг. Термометры с голосом, умные устройства с микрофонами… Даже знаменитый шрифт Брайля — фактически тифлотехнология.

В XIII веке в средневековой Европе всё чаще стали использовать лупы, а вслед за ними — очки. Историки связывают это с переводом на латынь арабского трактата об оптике, написанного математиком и астрономом Альхазеном. В своей книге он описывал влияние сферического сегмента стекла на увеличение предмета и называл его «камень чтения». Примерно в то же время англичанин Роберт Гроссетест в трактате… De iride В тексте «О радуге» говорится о применении оптики для прочтения мельчайших букв с огромной дистанции.

Зрение функционирует благодаря сложной системе преобразования световых импульсов в глазу. Роговица, прозрачный внешний слой, преломляет свет, направляя его внутрь, и защищает от повреждений. Под роговицей находится сосудистая оболочка, богатая капиллярами, обеспечивающая кислородом и питательными веществами глазные структуры. Она также участвует в адаптации к освещенности, изменяя ширину кровеносных сосудов.

Внутренняя светочувствительная оболочка глаза, сетчатка, имеет два типа рецепторов: палочки, отвечающие за зрение в условиях слабого света, и колбочки, обеспечивающие цветовосприятие и детализацию изображения. Преобразовав свет в нейронные импульсы, сетчатка передает информацию по зрительному нерву — пучку более чем миллиона нервных волокон. Он выступает проводником сигналов от сетчатки к зрительным центрам мозга, где происходят их обработка и формирование визуальной картинки. Повреждение зрительного нерва может вызвать необратимую потерю зрения.

Радужная оболочка с индивидуальным узором и зрачок регулируют интенсивность света: при ярком свете зрачок сужается, в темноте расширяется. Хрусталик изменяет свою кривизну для фокусировки на объектах разной удаленности (аккомодация). Между хрусталиком и сетчаткой находится стекловидное тело — гелеобразная субстанция, поддерживающая форму глаза и участвующая в светопреломлении.

Каждый компонент этой системы важен: нарушение работы какого-либо элемента может спровоцировать проблемы со зрением. Неправильная кривизна глаза вызывает близорукость или дальнозоркость, помутнение хрусталика создает ощущение «затуманенности» зрения, отслойка сетчатки без срочного лечения становится причиной необратимой слепоты из-за нарушения питания фоторецепторов. Слепотой также заканчиваются заболевания зрительного нерва, вызванные, например, сдавливанием из-за высокого внутриглазного давления.

Слабовидящие люди не всегда могут различать мелкие детали из-за размытости, искажений или ограниченного поля зрения, что снижает качество картинки. Лупа — простое решение этой проблемы. Существуют классические лупы и более изящные линзы Френеля. Последние представляют собой плоскую пластинку с нарезанными кругами, которые имитируют работу обыкновенной лупы. У линз Френеля есть недостаток: на краях может появляться цветность из-за преломления света. Но для людей, которым нужно только прочитать что-то, это не проблема. Некоторые носят линзы Френеля в кошельках для удобства.

Логичным этапом развития этой технологии стали цифровые увеличительные устройства. Как бы ни выглядели и какими бы габаритами ни обладали такие приборы, суть их одна: камера, этап обработки и экран для вывода изображения. От обычной лупы разница в возможности настройки степени приближения, цветности, контрастности и других параметров, важных для слабовидящих людей. Крупные электронные лупы можно найти в библиотеках, позволяющие увеличивать большие куски текста. Чаще всего «электронными лупами» выступают смартфоны с специальным ПО. Так, некоммерческая компания «Сенсор-Тех» предлагает… бесплатные приложения Для телефонов с функцией автоматического распознавания и оповещения пользователя о номинале банкнот или форме/назначении предметов, попадающих в поле зрения камеры.

Следующим шагом станет использование цифрового увеличения, которое будет надеваться на голову. VRОчки с двумя дисплеями внутри шлема дополнены увеличающими линзами. Пользователь смотрит на экраны левым и правым глазом отдельно. Настройка изображения возможна: изменение приближения для наблюдения за дальними объектами, контрастность. Аналогично настройке яркости телефона. Также очки ограничивают поток света, что полезно людям с высокой светобоязнью.

Функционально «носимые» цифровые лупы мало чем отличаются от простых аналогов? Нет, кроме удобства, у них есть еще одна функция: возможность настройки алгоритмов для смещения части изображения. Зачем это нужно? При некоторых заболеваниях люди теряют центр зрения. Вместо центральной точки — черное или серое пятно. Центральное зрение отвечает за детали, читаем мы именно им. Люди с таким нарушением приспосабливаются смотреть парацентрально — рядом с центром, левым участком, правым — как привыкли. Цифровые очки могут взять фрагмент изображения из центра и переместить его в зону, которую человек привык видеть.

Все обсуждаемые технологии разработаны и пригодны для людей с пониженной видимостью. Но что касается тех, кто лишился зрения полностью или родился слепым? История развития технологий для них не насчитывает веков, а ее этапы можно проследить по прошедшим десятилетиям. Вернуть зрение — задача куда более сложная, чем увеличение изображения для слабовидящих, и конкретные методы зависят от того, как, когда и из-за чего человек лишился зрения.

Первый путь — применение стимуляционных аппаратов с элементами генной терапии для «лечения» незрячего глаза. Направление называется оптогенетикой и предполагает, что после терапии клетки, никогда не участвовавшие в трансформации света в электрический сигнал, обретут чувствительность к свету. Посредством уколов в глаз человека заселяется генный конструкт-вирус, который прикрепляется к нужным клеткам и интегрирует в их мембрану фоточувствительный белок, реагирующий на свет определенной длины волны. Затем сигнал естественным образом отправляется от глаза в мозг. Но у этого и подобных методов есть один существенный недостаток: пациенту все еще должны быть функциональные органы, отвечающие за передачу таких сигналов, необходим рабочий зрительный нерв, не должно быть отслоений сетчатки.

Часть этих проблем возможно разрешить имплантами, замещающими глаза. Так, американская система… Argus II Система устанавливалась на сетчатку и позволяла передавать в мозг пациента упрощённое изображение с десятков электродов. Это был прорыв: слепой человек мог вновь видеть. В России такую систему установили двум пациентам в 2017 году, но технология не получила широкого развития, операции не стали постоянной практикой. Всё из-за дороговизны и ограниченности круга пациентов, которым была полезна система. Со временем стало понятно, что более многообещающим направлением являются нейроинтерфейсы, которые могут вернуть зрение большему числу людей.

Нейроимплант вживляется в мозг в зрительную кору для стимуляции нейронов и вызывающего зрительные ощущения. Картинка поступает с внешних датчиков, затем обрабатывается искусственным интеллектом для определения объектов, и управляющий сигнал по беспроводной связи передаётся на небольшое устройство, устанавливаемое в мозг хирургическим путем. Сейчас по этой технологии проводятся доклинические испытания на обезьянах. В 2026 году планируются клинические испытания. Такого нет на рынке в мире, хотя есть команды, занимающиеся этим, в том числе Илон Маск анонсировал движение в этом направлении.

ELVIS V Российская технология, одна из первых в мире, соединяет камеры с мозгом, минуя глаза. Это помогает людям, у которых отсутствуют глазные яблоки, но устройство предназначено для тех, кто имел зрительный опыт (не слепых от рождения). Подобные решения разрабатывают как минимум пять команд в мире. Система состоит из имплантируемого микрочипа с электродами, стимулирующими мозг слабыми токами, крепится к черепу и взаимодействует со зрительной корой, а также внешней части — обруча с камерами, блока обработки данных на поясе и беспроводного передатчика. Камеры захватывают изображение, которое обрабатывается ИИ-алгоритмами и преобразуется в сигналы для мозга. В результате возникают зрительные ощущения в виде фосфенов (вспышек света), что позволяет ориентироваться в пространстве и распознавать крупные объекты.

Все эти технологии и направления пока не получили широкого распространения, но уже перестали быть идеями из области научной фантастики. Для проверки генных и нейрохирургических методов необходимо время. Это дорогостоящие методы, доступные первоначально не всем. Но со временем технологии будут развиваться, становиться проще, доступнее и распространеннее, как очки.

Создание материала осуществлено при финансовой помощи Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Источник изображения на главной и на странице: Freepik