Jens Naumann var 17 år, da en ulykke sendte et metalfragment fra en jernbanelinje flyvende ind i hans venstre øje. Tre år senere ødelagde et metalsplinter fra en snescooterkobling hans højre øje, hvilket kastede ham ud i totalt mørke. Naumann fortæller i bogen Search for Paradise om sin desperate søgen tilbage til lyset, primært som biomedicinsk ingeniør William Dobelles “patient alfa”. I 1970’erne havde Dobelle vist, at elektrisk stimulering af visuelle hjerneområder (den visuelle cortex) fik folk til at opfatte lyspletter eller “fosfæer.”

Ingeniørens mål var at udvikle et “bionisk øje”. Apparatet skulle bestå af et kamera monteret på hovedet, der sender video til en computerprocessor, som derefter ville sende elektriske signaler til elektroder implanteret i den visuelle cortex, hvilket ville generere visuelle opfattelser. Naumann blev Dobelles mest berømte patient efter at være rejst til Portugal for at blive opereret i 2002; FDA havde forbudt indgrebet i USA, da det ikke var blevet bevist, at det var sikkert. Hans anekdotiske beretninger om at opfatte grove konturer forblev det eneste bevis, forskerne havde på, at det var muligt at opfatte former ved hjælp af en sådan anordning, fordi data fra disse procedurer aldrig blev offentliggjort. Apparatet blev nedbrudt efter nogle få måneder, og Naumanns nyfundne visuelle verden forsvandt, men han har gennem årene fortsat sin kampagne for at fremme teknologien.

En mere sofistikeret version, der bringer teknologien tættere på rutinemæssig praktisk anvendelse på mennesker, er nu blevet bygget og afprøvet på aber. Et hold under ledelse af neurovidenskabsmand Pieter Roelfsema fra det nederlandske institut for neurovidenskab har demonstreret opfattelsen af position, orientering, bevægelse og bogstavformer hos to seende aber. Undersøgelsen, der blev offentliggjort den 3. december i Science, “er en teknisk kraftpræstation”, siger neurokirurg Daniel Yoshor, som ikke var involveret, men som er medforfatter til en ledsagende kommentar. Apparatet skal videreudvikles, før det er klar til brug på mennesker, men arbejdet bringer drømmen om at genoprette synet for mennesker, der ikke har noget syn, tættere på. Tilgangen er den eneste mulige behandling for mennesker uden fungerende celler i øjet – en gruppe, der omfatter nogle glaukom- og diabetespatienter og dem, der har været udsat for et fysisk traume.

I den nye undersøgelse brugte holdet 16 arrays, hver et gitter af 64 elektroder, i alt 1024 elektroder. “Vi flisede en stor del af cortexens overflade og skabte derved en grænseflade med en stor del af dette kort over det visuelle rum”, siger Roelfsema. Den visuelle cortex har en egenskab, der er kendt som “retinotopi”, hvilket betyder, at det visuelle rum fysisk kortlægges på områder af cortexen, hvilket gør det muligt for forskerne at generere fosfæer på specifikke punkter i rummet. En række eksperimenter viste, at aberne kunne identificere placeringen af individuelle fosfæer, orienteringen af linjer bestående af to fosfæer og bevægelsesretningen ved at stimulere to fosfæer i rækkefølge. Endelig syntes aber, der var blevet trænet i at genkende bogstaver, at kunne identificere bogstaver, der var genereret af mellem 8 og 15 fosfæer. Phosphenerne blev genereret uden brug af kameraer ved direkte stimulering af elektroder, og aberne indikerede svarene ved hjælp af øjenbevægelser.

Andre grupper arbejder på det samme problem, og en af dem er allerede i gang med at afprøve apparater på mennesker. Et californisk firma, Second Sight, er ved at udvikle et system kaldet Orion i seks blinde mennesker i et FDA-godkendt klinisk forsøg. Ligesom Dobelles system bruger Orion elektroder, der sidder på hjernens overflade, hvilket undgår den vævsskade og inflammation, der opstår ved brug af “gennemtrængende” implantater, hvilket resulterer i et tab af ydeevne over tid. En ulempe ved denne metode er, at de krævede strømme er relativt høje, hvilket begrænser antallet af elektroder, der kan anvendes på sikker vis. “Man ønsker ikke at fremkalde epilepsi”, siger Roelfsema. I den nye undersøgelse fra den nederlandske gruppe blev der anvendt penetrerende elektroder, som kræver mindre strøm. “Vi brugte tynde nåle, så vi kan aktivere nogle få celler med relativt milde strømme, der er hundrede gange mindre end dem, man har brug for med en overfladeelektrode,” siger Roelfsema. Det mest betydningsfulde er, at det nye apparat har en langt højere opløsning. Hvor det nye system har 1.024 elektroder, har Orion-implantatet 60, hvilket begrænser modtagerne til at registrere områder med mørke og lyse områder.

Det syn, som denne anordning kan generere, vil være groft sammenlignet med det naturlige syns rigdom, men vil stadig give en væsentlig fordel. “Når man starter med ingenting, er 10, 20 procent afgørende”, siger Neena Haider fra Harvard Medical School, som ikke var involveret i arbejdet. “Det giver dig et vindue til, hvordan du kan navigere i verden.” Men der er stadig forhindringer, før denne teknologi kan anvendes af mennesker. For det første skal implantaterne være trådløse – og andre grupper gør en indsats for at udvikle trådløse hjerneimplantater. De næste skridt skal også måle de fysiologiske konsekvenser af gennemtrængende implantater, siger Haider. “Hvilke cellulære reaktioner sker der i hjernen?” spørger hun med hensyn til både akutte og langsigtede virkninger. “Biokompatibilitet” er fortsat et problem, men der er måske løsninger på vej. “Vi samarbejder med grupper, der udvikler tynde, fleksible elektroder,” som skubbes ind i hjernen ved hjælp af stænger, der derefter trækkes tilbage, siger Roelfsema. “Det første indtryk er, at disse nye materialer er meget stabile, men der er stadig arbejde at gøre.”

En bedre forståelse af, hvordan hjernen behandler visuel information, vil også hjælpe. “Der er en hardwareudfordring og en softwareudfordring”, siger Yoshor. “Nogle gange negligerer folk softwareelementet, som er den måde, vi stimulerer hjernen på.” Yoshor er en af de to neurokirurger, der har implanteret Orion i patienter, og han og kolleger har for nylig offentliggjort en undersøgelse, der udforsker dets muligheder. “Det er nemt at få patienterne til at se pletter,” siger Yoshor. “Men når vi forsøger at kombinere dem, som f.eks. stadionlys, er det meget sværere at få patienterne til at opfatte en sammenhængende form.” Forskergruppen spekulerede på, om det kunne hjælpe at udnytte hjernens tilbøjelighed til at registrere ændringer i stimulering. “Hvis vi stimulerede seks elektroder samtidig, så patienterne inkonsekvente klatter,” siger Yoshor. “Men når vi fejede hen over hjernen, var patienterne straks i stand til at registrere visuelle former eller bogstaver.”

Den behandling, der udføres af det visuelle system, er utrolig kompleks, men en dybere forståelse af denne behandling vil sammen med mere sofistikerede stimuleringsteknologier fortsat fremme disse enheder. Yoshor sammenligner problemet med at spille musik. “Det er ligesom forskellen mellem at spille en akkord og at slå på et klaver med næverne”, siger han. “Hvis man indtaster information groft, producerer man en kakofoni; det skal gøres på en måde, der er musikalsk.”