Jensi Naumannovi bylo 17 let, když mu při nehodě vletěl do levého oka úlomek kovu z železniční trati. O tři roky později mu kovový úlomek ze spojky sněžného skútru zničil pravé oko a uvrhl ho do úplné tmy. Naumannova kniha Hledání ráje líčí jeho zoufalou cestu zpět ke světlu, především jako „pacient alfa“ biomedicínského inženýra Williama Dobelleho. V 70. letech 20. století Dobelle prokázal, že elektrická stimulace zrakových oblastí mozku (zrakové kůry) způsobuje, že lidé vnímají světelné skvrny neboli „fosfeny“.

Inženýrův cíl byl vyvinout „bionické oko“. Přístroj by se skládal z kamery umístěné na hlavě, která by přenášela obraz do počítačového procesoru, který by pak vysílal elektrické signály do elektrod implantovaných ve zrakové kůře a vytvářel by zrakové vjemy. Naumann se stal Dobelleho nejznámějším pacientem poté, co v roce 2002 odcestoval na operaci do Portugalska; americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) tento zákrok zakázal, protože nebylo prokázáno, že je bezpečný. Jeho anekdotické výpovědi o vnímání hrubých obrysů zůstaly jediným důkazem, který vědci měli, že vnímání tvarů je pomocí takového zařízení možné, protože údaje z těchto zákroků nebyly nikdy publikovány. Zařízení po několika měsících degradovalo a Naumannův nově objevený vizuální svět se vytratil, ale on v průběhu let pokračoval v kampani za posunutí této technologie kupředu.

V současné době byla sestrojena a na opicích testována sofistikovanější verze, která tuto technologii posouvá blíže k rutinnímu praktickému využití u lidí. Tým vedený neurologem Pieterem Roelfsemou z Nizozemského institutu pro neurovědy prokázal u dvou vidících opic vnímání polohy, orientace, pohybu a tvarů písmen. Studie, publikovaná 3. prosince v časopise Science, je „technicky dokonalá“, říká neurochirurg Daniel Yoshor, který se na ní nepodílel, ale je spoluautorem doprovodného komentáře. Zařízení je třeba dále vyvíjet, než bude připraveno k použití u lidí, ale práce přibližuje sen o navrácení zraku lidem, kteří ho nemají. Tento přístup je jedinou možnou léčbou pro lidi bez funkčních buněk v oku – do této skupiny patří někteří pacienti s glaukomem a cukrovkou a ti, kteří prodělali fyzický úraz.

V nové studii tým použil 16 polí, z nichž každé tvořila mřížka 64 elektrod, celkem tedy 1024 elektrod. „Dlaždicemi jsme pokryli velkou část povrchu mozkové kůry, čímž jsme vytvořili rozhraní s velkou částí této mapy zrakového prostoru,“ říká Roelfsema. Zraková kůra má vlastnost známou jako „retinotopie“, což znamená, že vizuální prostor se fyzicky mapuje na oblasti kůry, což vědcům umožňuje vytvářet fosfeny na konkrétních místech v prostoru. Série experimentů ukázala, že opice dokázaly identifikovat polohu jednotlivých fosfénů, orientaci linií složených ze dvou fosfénů a směr pohybu naznačený postupnou stimulací dvou fosfénů. Nakonec se zdálo, že opice, které byly vycvičeny k rozpoznávání písmen, dokázaly identifikovat písmena vytvořená z osmi až patnácti fosfenů. Fosfeny byly generovány bez použití kamer přímou stimulací elektrod a opice indikovaly odpovědi pomocí pohybů očí.

Na stejném problému pracují i další skupiny a jedna již testuje zařízení na lidech. Kalifornská společnost Second Sight vyvíjí systém nazvaný Orion na šesti nevidomých lidech v rámci klinické studie schválené FDA. Stejně jako Dobelleho systém používá Orion elektrody umístěné na povrchu mozku, které zabraňují poškození tkáně a zánětům, jež vznikají při použití „pronikajících“ implantátů, což má časem za následek ztrátu výkonnosti. Nevýhodou této metody je, že potřebné proudy jsou poměrně vysoké, což omezuje počet elektrod, které lze bezpečně použít. „Nechcete vyvolat epilepsii,“ říká Roelfsema. Nová studie nizozemské skupiny použila penetrační elektrody, které vyžadují menší proud. „Použili jsme tenké jehly, takže můžeme aktivovat jen několik buněk, a to relativně mírným proudem, stokrát menším, než potřebujete u povrchové elektrody,“ říká Roelfsema. Nejvýznamnější je, že nové zařízení má mnohem vyšší rozlišení. Tam, kde má nový systém 1 024 elektrod, má implantát Orion 60, což příjemce omezuje na detekci tmavých a světlých oblastí.

Zrak, který by toto zařízení mohlo generovat, by byl ve srovnání s bohatstvím přirozeného vidění hrubý, ale přesto by poskytoval značný přínos. „Když začínáte na nule, 10, 20 procent je změna hry,“ říká Neena Haider z Harvard Medical School, která se na práci nepodílela. „Dává vám to možnost orientovat se ve světě.“ Než se však tato technologie dočká lidského využití, zbývají ještě překážky. Nejprve musí být implantáty bezdrátové – a o vývoj bezdrátových mozkových implantátů usilují i další skupiny. V dalších krocích je také třeba změřit fyziologické důsledky pronikání implantátů, říká Haider. „Jaké buněčné reakce se odehrávají v mozku?“ ptá se, pokud jde o akutní i dlouhodobé účinky. „Biokompatibilita“ zůstává problémem, ale řešení může být na dosah ruky. „Spolupracujeme se skupinami, které vyvíjejí tenké, ohebné elektrody,“ které se do mozku zasouvají pomocí tyčinek, které se pak zasouvají, říká Roelfsema. „Podle prvních dojmů jsou tyto nové materiály velmi stabilní, ale stále je na nich co dělat.“

Pomůže také lepší pochopení toho, jak mozek zpracovává vizuální informace. „Je tu hardwarová a softwarová výzva,“ říká Yoshor. „Někdy lidé zanedbávají softwarový prvek, tedy to, jak stimulujeme mozek.“ Yoshor je jedním ze dvou neurochirurgů, kteří implantovali přístroj Orion pacientům, a spolu s kolegy nedávno publikoval studii zkoumající jeho možnosti. „Je snadné přimět pacienty, aby viděli skvrny,“ říká Yoshor. „Ale když se je snažíme kombinovat, například světla na stadionu, je mnohem těžší přimět pacienty, aby vnímali souvislý tvar.“ Výzkumný tým zajímalo, zda by mohlo pomoci využití sklonu mozku k detekci změn stimulace. „Pokud jsme stimulovali šest elektrod současně, pacienti viděli nesouvislé skvrny,“ říká Yoshor. „Ale když jsme přecházeli napříč mozkem, pacienti byli okamžitě schopni detekovat vizuální formy nebo písmena.“

Zpracování prováděné zrakovým systémem je neuvěřitelně složité, ale hlubší pochopení tohoto zpracování spolu se sofistikovanějšími stimulačními technologiemi bude tato zařízení dále rozvíjet. Yoshor přirovnává tento problém k přehrávání hudby. „Je to jako rozdíl mezi hraním akordů a bušením pěstmi do klavíru,“ říká. „Pokud zadáváte informace hrubě, vytváříte kakofonii; musí to být provedeno způsobem, který je hudební.“

.