Mắt hồng ngoại giúp người mù nhìn thấy

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa phát triển một nguyên mẫu cấy ghép võng mạc mà họ hi vọng sẽ giúp phục hồi khả năng nhìn cho những người bị mù do thiếu tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt của họ. Mặc dù đây chẳng phải là dụng cụ đầu tiên thuộc loại như thế - các nhà khoa học khác đã tiến hành những thử nghiệm cấy ghép võng mạc trên con người – nhưng dụng cụ mới này là một trong những dụng cụ đầu tiên hoạt động mà không cần một nguồn điện ngoài. Các nhà nghiên cứu tin rằng dụng cụ này dễ thu nhỏ mạch điện hơn, cho phép sự nhìn phân giải cao hơn.

Một trong những lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn nhất trong nghiên cứu y khoa lắp ghép các bộ phận giả là phát triển cấy ghép võng mạc. Hướng phát triển này nhắm tới việc phục hồi một phần khả năng nhìn cho những người bị mù do sự thoái hóa mắt liên quan đến tuổi già hoặc viêm võng mạc. Trong những trường hợp này, các bộ cảm quang trong mắt phân hủy mất trong khi các neuron mang tín hiệu lên não vẫn tiếp xúc. Do đó, người ta có thể phục hồi một phần khả năng nhìn bằng cách cấy ghép một bộ cảm biến ánh sáng trên võng mạc và sử dụng dòng điện để điều khiển các neuron.

Một máy vi tính di động xử lí hình ảnh video chụp bởi camera gắn trên đầu. Sau đó kính đeo mắt chuyên dụng chiếu những hình ảnh này lên võng mạc qua những xung ánh sáng hồng ngoại. Rồi một ma trận những quang diode cấy ghép biến đổi ánh sáng này thành dòng điện, làm kích thích các neuron. (Ảnh: Nature Photonics)

Cần giải pháp không dây

Những thiết kế cấy ghép võng mạc trước đây thường đòi hỏi một nguồn điện ngoài nối dây với mỗi pixel của thiết bị cấy ghép. Yêu cầu này làm hạn chế kích cỡ pixel tối thiểu và do đó hạn chế độ phân giải có thể thu được. Vì thế, Keith Mathieson, James Loudin, Daniel Palanker và các đồng sự tại trường Đại học Stanford vừa phát triển một thiết kế mới được cấp điện bởi chính bản thân ánh sáng tới. Giải pháp này rõ ràng đầy triển vọng, vì như Richard Taylor, nhà nghiên cứu các bộ phận cấy ghép võng mạc nhưng không có liên quan trong nghiên cứu trên, giải thích, “chẳng ai muốn có dây điện trong mắt mình hết!”. Tuy nhiên, thiết kế trên tỏ ra là một thách thức lớn, vì ánh sáng khả kiến không có đủ năng lượng để tạo ra điện năng cần thiết để kích thích các neuron.

Giải pháp của đội Stanford là để người bệnh đeo loại kính đặc biệt thu nhận ánh sáng khả kiến đi tới và xử lí hình ảnh trước khi truyền thông tin về nó vào mắt dưới dạng một chuỗi xung laser hồng ngoại. Việc cấp điện cho kính đeo mắt, theo tác giả James Loudin mô tả là “ngược hẳn với kính nhìn đêm, thiết bị biến bức xạ hồng ngoại thành ánh sáng nhìn thấy”, dễ dàng hơn nhiều so với việc cấp điện cho bộ phận cấy ghép võng mạc.

Những xung hồng ngoại đã khuếch đại đi qua mắt đến một bộ phận cấy ghép dưới võng mạc gồm một ma trận những quang diode hồng ngoại. Những quang diode này biến bức xạ hồng ngoại thành tín hiệu điện, làm kích thích những neuron còn sống sót. Mặc dù các neuron chỉ thỉnh thoảng mới nhận một xung điện ngắn từ các quang diode, nhưng theo Loudin như vậy cũng chẳng gây ra trở ngại gì cả. “Dẫu sao thì mắt người chỉ có băng thông vài chục hertz thôi,” ông nói, “điều đó lí giải tại sao phim ảnh trông liên tục mặc dù thật ra chúng là những hình ảnh phân bố 25 khung hình mỗi giây.”

Nghiên cứu ‘trên ống nghiệm’

Bài báo hiện nay của đội khoa học mô tả một nghiên cứu ‘trên ống nghiệm’ kích thích phản ứng điện từ võng mạc chuột khỏe lẫn chuột mù bằng ánh sáng hồng ngoại. Các nhà nghiên cứu hiện đang khảo sát dụng cụ cấy ghép của họ trên chuột sống. Loudin hài lòng với những kết quả đang chờ công bố này. Cuối cùng đội khoa học muốn thử nghiệm công nghệ trên con người, đó là mục tiêu tối hậu, nhưng Loudin tỏ ra hết sức thận trọng. “Hiện nay, đây vẫn là một nghiên cứu mang tính hàn lâ chứ không có cơ sở thương mại nào có liên quan,” ông nói, “mặc dù chúng tôi luôn sẵn sàng tiếp nhận mọi lời mời tài trợ.”

Nhà tâm lí học, vật lí học và họa sĩ Richard Taylor thuộc trường Đại học Oregon ở Eugene tin rằng nghiên cứu trên có đóng góp có giá trị cho lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển trong việc điều trị chứng mù này. “Theo quan điểm của tôi,” ông nói, “giải pháp dài hạn tốt nhất là phát triển một con chip tái tạo chức năng của những bộ cảm quang bị hỏng.” Ông giải thích rằng các công ti thương mại ở cả hai bên bờ Đại Tây Dương đều có hứng thú lớn với cách tiếp cận này, nhưng họ cảm thấy mất hứng trước nhu cầu cấp điện cho dụng cụ ghép.

“Trong nghiên cứu hiện nay, các nhà nghiên cứu khai thác vật lí hồng ngoại gần để mang lại một giải pháp rất hấp dẫn. Có lẽ cái quan trọng nhất là họ chứng minh rằng thiết kế này có thể hoạt động với những cường độ bức xạ dưới mức giới hạn an toàn cho hệ thị giác,” ông kết luận. “Đây là một minh chứng rất ấn tượng.”

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Photonics.

123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com