Valonsäde aivoihin voi auttaa näkemään tulevaisuudessa – Keinonäköä kehitetään useilla keinoilla - Tiede | HS.fi
Tiede

Valonsäde aivoihin voi auttaa näkemään tulevaisuudessa – Keinonäköä kehitetään useilla keinoilla

Keinonäköä kehitetään useilla menetelmillä. Näköaistimuksia voi syntyä valolla tai sähköllä. Suomessa kantasoluhoitoja näön palauttamiseksi.

: Silmälasien kamerat lähettävät kuvaa aivoimplantteihin. Kuva: Stephen Macknik

Julkaistu: 20.2. 2:00

Sokea voi tulevaisuudessa nähdä valoa, kun videokuvaa lähetetään suoraan aivoihin.

Silmät ja jopa koko näköhermo voidaan ohittaa optogenetiikalla, jossa valoa synnytetään valolla.

Professori Stephen Macknik New Yorkin Downstate-yliopistosta vakuuttaa, että pian implantteja asennetaan näköaivokuorelle eli suoraan aivoihin.

Macknikin ryhmä on kehittänyt Observ-nimistä aivoimplanttia. Se perustuu optogenetiikkaan, joka yhdistää optiikkaa ja geenitekniikkaa.

Aivokuoren näkösolut muutetaan ensin valolle herkiksi geenisiirrolla. Siirretty geeni saa solun tuottamaan valaisevaa proteiinia eli opsiinia. Muunnetut solut toimivat samaan tapaan kuin silmän verkkokalvon valoreseptorien solut.

Ryhmän laitteisto koostuu aivoihin pantavista implanteista ja silmälaseista, joihin on asennettu kamerat. Kummassakin linssissä on kaksi kameraa. Yksi kuvaa näkymää ja toinen seuraa katseen suuntaa.

Kamerat lähettävät dataa langattomasti kahteen implanttiin, jotka on sijoitettu pääkuoren alle takaraivoon.

Implantti sisältää projektorin, jonka lähettämät valosignaalit saavat näkösolut välähtämään.

”Tämänhetkisen tiedon mukaan tekniikka toimii, eikä ole mitään mikä todistaisi, että yksikään komponenteista epäonnistuisi”, Macknik vakuuttaa sähköpostiviestissä.

Näköaivokuorelle pantavan implantin kehittämiseen tarvitaan kuitenkin miljoonia dollareita.

Macknikin ryhmän hanke on päässyt aivotutkimusohjelmaan, jota Yhdysvaltojen kansallinen terveysinstituutti johtaa ja kansallinen tiedesäätiö rahoittaa. Tutkijat pääsevät nyt ideoinnista ensimmäisiin kokeellisiin askeliin. He suunnittelevat jo kokeita apinoilla.

Uskoa optogenetiikkaan vahvistavat kokeet, joita on tehty näköhermon alkupäähän asennetuilla implanteilla.

Niitä kokeilee parhaillaan ranskalainen GenSight Biologics. Yhtiö on asentanut viidelle koehenkilölle valoaistimusta herättäviä istutteita näköhermon alkupäähän eli silmän takaosaan.

Koehenkilöt kärsivät verkkokalvon rappeutumasta. Sitä sairastaa arviolta tuhannesosa maapallon väestöstä, Suomessa noin 5 000 henkeä.

Pioneer-nimistä tutkimusta tehdään kolmella silmäklinikalla Britanniassa, Ranskassa ja Yhdysvalloissa.

Tutkimus alkoi vuonna 2018, jolloin ensimmäinen koehenkilö sai istutteen Moorfieldsin silmäsairaalassa Lontoossa. Mukana on sekä täysin sokeutuneita että osittain näkökykyisiä henkilöitä. Tuloksia on odotettavissa tämän vuoden aikana.

Yksi yhtiön perustajista on silmätautiopin professori José-Alain Sahel Pittsburghin yliopistosta. Kymmenen vuoden aikana hänen ryhmänsä on tutkinut näön optogeneettistä elvyttämistä paitsi näköhermon alkupäässä myös verkkokalvolla.

Kokeiltava implantti syöttää punaista valoa gangliosoluihin, jotka sijaitsevat silmän pohjassa. Ne välittävät sieltä signaaleja verkkokalvolta eteenpäin pitkin näköhermoa.

Optogeneettiset implantit edustavat keinonäön toista sukupolvea. Ensimmäistä sukupolvea olivat sähköiset implantit, jotka ärsyttivät aivosoluja sähkövirran avulla.

Menetelmällä on pitkä historia. Neurokirurgit havaitsivat vuonna 1950, että näköaivokuoren sähköinen stimulointi sai potilaan näkemään valonvälähdyksiä. Tutkijat keksivät hyödyntää ilmiötä keinonäön kehityksessä.

Alan tienraivaaja oli vuonna 2004 kuollut biokemisti William H. Dobelle. Hän asensi aivoimplantteja jo 1900-luvun lopulla.

Optogenetiikan kehittäjien mukaan valo kuljettaa signaalin sähköä tarkemmin ja hellemmin. Valoa voi säätää paremmin kuin sähköä, ja impulssin voi suunnata tarkasti vain valoherkiksi tehtyihin soluihin.

Aivosolut sietävät valoa paremmin kuin sähkövirtaa, joka voi rakentaa arpi­kudosta sähköä syöttävien elektrodien ympärille. Valoa käyttämällä voidaan ehkä välttää arpeutumista.

Sähköisten implanttien kehitystyö on kuitenkin edennyt vähän pitemmälle kuin optogenetiikan. Etuna on monen vuosikymmenen kokemus aivosolujen sähköisestä stimuloinnista.

Silmäproteesien pioneeriyritys, yhdysvaltalainen Second Sight on testannut vuoden verran Orion-implanttia, joka asennetaan suoraan näköaivokuorelle. Yritys on käyttänyt laitteen suunnittelussa kokemustaan verkkokalvon proteesien kehittämisessä.

Kuusi koehenkilöä on saanut implantin käyttöönsä vuodesta 2018 lähtien, neljä Los Angelesin yliopistossa ja kaksi Baylorin collegessa Houstonissa. Neljällä heistä on kokemusta yli vuoden ajalta.

Kaikki koehenkilöt näkivät laitteella valotäpliä. He pystyivät paikallistamaan noin nyrkin kokoisen valkoisen neliön mustalla taustalla. He pystyivät näkemään myös valkean kohteen liikkeen.

Tutkijat mittasivat näkemistä 35-osaisella testillä. Tehtävät mittaavat suunnistuskykyä, liikkuvuutta, selviytymistä arjen tehtävistä ja vuorovaikutusta muiden ihmisten kanssa.

Testi selvittää myös, erottaako potilas valkopyykin kirjopyykistä ja näkeekö hän ohitse kulkevan ihmisen.

Näköaivokuorelle asennettua implanttia käyttäneiden tulos testissä oli yhtä hyvä tai jopa parempi kuin niillä, jotka käyttivät verkkokalvon implanttia.

Kaksi muuta sähköisen aivo­implantin tutkimusta on käynnissä, Cortivis Euroopassa ja NeuroPace Yhdysvalloissa.

NeuroPace-hankkeessa tutkitaan, miten näköaivokuorta voidaan stimuloida laitteella, jota käytetään jo epilepsiakohtausten lieventämisessä.

Optisen ja sähköisen stimuloinnin rinnalla tutkitaan geeniterapiaa ja kantasoluhoitoja. Suomessa keinonäön tutkijat keskittyvät kantasoluihin perustuvaan kudostekniikkaan.

”Näköaivokuoren implanteissa ja silmän kudosteknologiassa lähestymistapa on hieman erilainen”, sanoo tohtoriopiskelija Laura Koivusalo Tampereen yliopiston silmäryhmästä.

”Kudostekniikan tavoite on palauttaa kehon oma toimintakyky, kun taas keinotekoiset implantit korvaavat kehon toimintoja.”

Kantasolusiirteet sulautuvat kehoon. Ne muuttuvat lopulta osaksi luonnollista kudosta, ilman hylkimisreaktioita.

Sarveis- ja verkkokalvot ovat erityisen hyviä kantasolututkimuksen kohteita, koska silmää on helppo seurata ja havainnoida. Riskit vähenevät edelleen.

Etenkin sarveiskalvoa on korjattu kantasolusiirteillä.

Vuonna 2015 ensimmäinen Euroopassa myyntiluvan saanut kantasoluhoito oli hollantilaisen yrityksen Chiesin sarveiskalvosiirre, tuotenimeltään Holoclar. Sillä hoidetaan palo- ja kemikaalivammojen aiheuttamaa sarveiskalvon sokeutta.

Vaikka sarveiskalvo ja aivokuori ovat kaukana toisistaan, kantasolututkimuksella ja opto­genetiikalla on paljon kosketuskohtia. Molemmilla tekniikoilla tutkitaan soluja. Alat voitaisiin ehkä yhdistää.

Tutkijaryhmä useasta italialaisesta yliopistosta julkaisi viime vuonna katsauksen monikykyisten kantasolujen käytöstä aivojen vaurioiden korjaamisessa.

Ryhmä ehdottaa tutkimuksia siirrettyjen solujen aktivoimiseksi muun muassa optogeneettisillä menetelmillä. Niillä vahvistettaisiin kytkentöjä uusien ja alkuperäisten solujen välillä.

Valolla voidaan palauttaa näkö ja saada aikaan erektio – näin valo ohjaa kehoa

Aivosoluun kurkistetaan valolla – psykiatria saattaa mullistua

Sokeutuville yritetään palauttaa näkö ruiskuttamalla silmään levästä otettua geeniä, jonka ansiosta levä aistii valoa

Seuraa uutisia tästä aiheesta