Kan de wetenschap blinden weer doen zien?

Blindheid of slechtziendheid kan tal van oorzaken hebben. Maar wat al de oogziekten gemeen hebben, is dat ze ofwel schade berokkenen rechtstreeks aan de ogen, ofwel aan de oogzenuw die de visuele signalen naar de hersenen leidt. In beide gevallen komt het er voor wetenschappers op aan de schade te herstellen, of noodzakelijke onderdelen van het gezichtsapparaat te gaan vervangen.

De meest tot de verbeelding sprekende experimentele behandeling om gedeeltelijke of volledige blindheid te genezen, is een retina-implantaat. Zo’n kunstmatig netvlies wordt achterin de ogen geplaatst ter vervanging van beschadigde delen van het oorspronkelijke netvlies. De retina is een van de belangrijkste onderdelen van het oog. Het functioneert als een wit scherm dat licht, dat via de ogen naar binnen valt, via lichtgevoelige staafjes en kegeltjes doorgeeft aan de achterliggende oogzenuw.

Het is dus verleidelijk om een beschadigd netvlies – wat het gevolg is van ziekten zoals maculaire degeneratie of retinitis pigmentosa – te gaan vervangen door in het lab gefabriceerde zintuiglijke sensorcellen. Dat is op zich niet zo moeilijk, want deze lichtsensors moeten gewoon kleuren en contrasten kunnen omzetten in een elektrisch signaal dat vervolgens aan de oogzenuw wordt doorgegeven. Maar om een aanvaardbare resolutie te krijgen, moeten de sensorcellen in het retina-implantaat wel voldoende klein zijn, zodat de ‘korrel’ van het kunstmatig opgewekt zicht – maar dat dus wel als écht zicht door de hersenen wordt gepercipieerd – niet opvalt.

Draadloos implantaat
Er is echter één groot probleem: de sensorcellen van het retina-implantaat moeten elk individueel gevoed worden met een elektrische stroom. Om de invallende lichtsignalen om te zetten naar voldoende grote elektrische signalen zodat de oogzenuw ze naar de hersenen kan transporteren, hebben ze een niet geringe hoeveel elektrische stroom nodig. En dat legt een schijnbaar onoverbrugbare grens op aan de minimale pixelgrootte van het implantaat, en van het overeenstemmend kunstmatig zicht. Bovendien geeft de elektrische voeding van het retina-implantaat nog een ander probleem, dat meer van praktische aard is. Voor elektrische voeding is een batterij nodig en een aantal stroomdraden. En hoe klein die ook mogen zijn, niemand heeft graag een kluwen van draadjes achterin zijn ogen.

Infraroodbril
Amerikaanse wetenschappers van de universiteit van Stanford kwamen vorige week met een slimme oplossing voor het probleem, zo blijkt uit hun artikel in het vakblad Nature Photonics. Zij willen het retina-implantaat niet voeden door er een batterij op aan te sluiten, maar door slim gebruik te maken van het foto-elektrisch effect. Dit effect, dat mede werd ontdekt door Albert Einstein in de jaren 20 van vorige eeuw, zorgt ervoor dat wanneer lichtdeeltjes invallen op een metaal, er een kleine elektrische stroom ontstaat waarvan de sterkte evenredig is met de frequentie van de lichtdeeltjes.

De energie van het invallende licht kan dus door het retina-implantaat rechtstreeks worden gebruikt om haar sensorcellen te voeden. Maar dat stelde de onderzoekers voor een nieuwe uitdaging: omdat de energie van het invallende licht groot genoeg is om voldoende elektrische stroom te produceren, moesten ze een omweg bedenken. Daarom ontwikkelden ze een ‘infraroodbril’ die zichtbaar licht omzet in (versterkte) infrarode signalen – precies het tegenovergestelde van een nachtkijker, die infrarood straling omzet naar zichtbaar licht. De infraroodbril vuurt vervolgens laserpulsen af op de ogen waarin de retina-implantaten zijn ingebracht, waarna de sensorcellen genoeg energie binnenkrijgen om de infrarode signalen om te zetten naar elektrische zenuwpulsen.

Film uit de oude doos
Het grote voordeel van de techniek is natuurlijk dat het probleem van de elektrische voeding is verschoven naar de bril, die gemakkelijk met batterijen van stroom kan worden voorzien. Hoe het kunstmatige zicht dat uit deze combinatie van een bril met een retina-implantaat precies door de drager zal worden gepercipieerd, kunnen natuurlijk alleen toekomstige proefpersonen vertellen – en die zijn er vooralsnog niet. Wel staat vast dat er per tijdseenheid minder visuele (infrarode) signalen langs de bril op het retina-implantaat zal invallen, wat ervoor kan zorgen dat de dagelijkse realiteit er voor de dragers er een beetje uit kan zien als een film uit de oude doos, met kleine schokjes in het beeld.

Dit artikel verscheen ook in Eos Weekblad op iPad
Elke vrijdag bieden we u een nieuwsgedreven weekblad, gelardeerd met beeld en geluid. De Eos-app kunt u gratis downloaden in de App-store van iTunes. Met die app haalt u de wekelijkse uitgaven (gratis sinds 13/07/2012) binnen.