Jens Naumann oli 17-vuotias, kun hänen vasempaan silmäänsä lensi onnettomuudessa rautateiden metallinpalanen. Kolme vuotta myöhemmin moottorikelkan kytkimestä irronnut metallisirpale tuhosi hänen oikean silmänsä syöstäen hänet täydelliseen pimeyteen. Naumannin kirja Search for Paradise kertoo hänen epätoivoisesta etsinnästään takaisin valoon, ensisijaisesti biolääketieteen insinööri William Dobellen ”alfapotilaana”. Dobelle oli 1970-luvulla osoittanut, että näköaivojen alueiden (näköaivokuoren) sähköinen stimulointi sai ihmiset havaitsemaan valopilkkuja eli ”fosfeeneja”.

Insinöörin tavoitteena oli kehittää ”bioninen silmä”. Laite koostuisi päähän kiinnitettävästä kamerasta, joka syöttäisi videokuvaa tietokoneprosessoriin, joka sitten lähettäisi sähköisiä signaaleja näköaivokuorelle istutetuille elektrodeille, mikä synnyttäisi näköaistimuksia. Naumannista tuli Dobellen tunnetuin potilas matkustettuaan Portugaliin leikkaukseen vuonna 2002; FDA oli kieltänyt toimenpiteen Yhdysvalloissa, koska sen turvallisuutta ei ollut todistettu. Hänen anekdoottiset kertomuksensa karkeiden ääriviivojen hahmottamisesta jäivät ainoaksi todisteeksi siitä, että tutkijoilla oli todisteita siitä, että muotojen hahmottaminen oli mahdollista tällaisen laitteen avulla, koska näistä toimenpiteistä saatuja tietoja ei koskaan julkaistu. Laite hajosi muutaman kuukauden kuluttua, ja Naumannin uusi näkömaailma hiipui, mutta hän on vuosien mittaan jatkanut kampanjointia teknologian edistämiseksi.

Nyt on rakennettu ja testattu apinoilla kehittyneempi versio, joka vie teknologiaa lähemmäksi rutiininomaista käytännön käyttöä ihmisillä. Alankomaiden neurotieteen instituutin neurotieteilijän Pieter Roelfseman johtama ryhmä on osoittanut, että kaksi näkevää apinaa havaitsee sijainnin, suunnan, liikkeen ja kirjainten muodot. Joulukuun 3. päivänä Science-lehdessä julkaistu tutkimus ”on tekninen voimannäyte”, sanoo neurokirurgi Daniel Yoshor, joka ei osallistunut tutkimukseen, mutta kirjoitti siihen liittyvän kommentin. Laitetta on vielä kehitettävä, ennen kuin se on valmis käytettäväksi ihmisillä, mutta työ tuo lähemmäs unelmaa näkövammaisten ihmisten näkökyvyn palauttamisesta. Lähestymistapa on ainoa mahdollinen hoito ihmisille, joilla ei ole toimivia soluja silmässä – ryhmään kuuluu joitakin glaukooma- ja diabetespotilaita sekä henkilöitä, jotka ovat kokeneet fyysisen trauman.

Uudessa tutkimuksessa työryhmä käytti 16 ruudukkoa, joista kukin muodostui 64 elektrodin ruudukosta, eli yhteensä 1024 elektrodia. ”Laatoitimme suuren osan aivokuoren pinnasta ja loimme siten rajapinnan suureen osaan tästä visuaalisen tilan kartasta”, Roelfsema sanoo. Näköaivokuorella on ominaisuus, joka tunnetaan nimellä ”retinotopia”, mikä tarkoittaa, että visuaalinen tila karttuu fyysisesti aivokuoren alueille, minkä ansiosta tutkijat voivat tuottaa fosfeeneja tietyissä pisteissä avaruudessa. Kokeet osoittivat, että apinat pystyivät tunnistamaan yksittäisten fosfeenien sijainnin, kahdesta fosfeenista koostuvien viivojen suunnan ja liikkeen suunnan, joka syntyi, kun kahta fosfeenia stimuloitiin peräkkäin. Lopuksi apinat, jotka oli koulutettu tunnistamaan kirjaimia, näyttivät pystyvän tunnistamaan kirjaimia, jotka muodostuivat kahdeksasta 15 fosfeenista. Fosfeenit luotiin ilman kameroita stimuloimalla suoraan elektrodeja, ja apinat ilmaisivat vastaukset silmänliikkeillä.

Muut ryhmät työskentelevät saman ongelman parissa, ja yksi ryhmä testaa jo laitteita ihmisillä. Kalifornialainen Second Sight -yritys kehittää Orion-nimistä järjestelmää kuudella sokealla ihmisellä FDA:n hyväksymässä kliinisessä tutkimuksessa. Dobellen järjestelmän tavoin Orion käyttää aivojen pinnalla olevia elektrodeja, joilla vältetään kudosvauriot ja tulehdukset, joita syntyy käytettäessä ”läpäiseviä” implantteja, mikä johtaa suorituskyvyn heikkenemiseen ajan myötä. Menetelmän haittapuolena on, että tarvittavat virrat ovat suhteellisen suuria, mikä rajoittaa turvallisesti käytettävien elektrodien määrää. ”Epilepsiaa ei haluta aiheuttaa”, Roelfsema sanoo. Alankomaalaisen ryhmän uudessa tutkimuksessa käytettiin läpäiseviä elektrodeja, jotka vaativat vähemmän virtaa. ”Käytimme ohuita neuloja, joten voimme aktivoida vain muutaman solun suhteellisen miedolla virralla, joka on sata kertaa pienempi kuin pintaelektrodilla”, Roelfsema sanoo. Merkittävintä on, että uuden laitteen resoluutio on paljon suurempi. Kun uudessa järjestelmässä on 1 024 elektrodia, Orion-istutteessa on 60 elektrodia, mikä rajoittaa vastaanottajat havaitsemaan tummia ja vaaleita alueita.

Näkeminen, jonka tämä laite saattaisi tuottaa, olisi karkeaa verrattuna luonnollisen näön rikkauteen, mutta siitä olisi silti huomattavaa hyötyä. ”Kun lähdetään liikkeelle tyhjästä, 10, 20 prosenttia on pelimuutos”, sanoo Neena Haider Harvardin lääketieteellisestä tiedekunnasta, joka ei osallistunut työhön. ”Se antaa sinulle ikkunan siihen, miten navigoida maailmassa.” On kuitenkin vielä esteitä, ennen kuin tätä teknologiaa voidaan käyttää ihmisissä. Ensinnäkin implanttien on oltava langattomia, ja muut ryhmät pyrkivät kehittämään langattomia aivoimplantteja. Seuraavaksi on myös mitattava implanttien läpäisyn fysiologisia seurauksia, Haider sanoo. ”Mitä solureaktioita aivoissa tapahtuu?” hän kysyy sekä akuuttien että pitkäaikaisten vaikutusten osalta. ”Biologinen yhteensopivuus on edelleen ongelma, mutta ratkaisut saattavat olla käsillä. ”Työskentelemme ryhmien kanssa, jotka kehittävät ohuita, joustavia elektrodeja”, jotka työnnetään aivoihin sauvoilla, jotka sitten vedetään takaisin, Roelfsema sanoo. ”Ensivaikutelma on, että nämä uudet materiaalit ovat hyvin stabiileja, mutta työtä on vielä tehtävänä.”

Ymmärrys siitä, miten aivot käsittelevät visuaalista informaatiota, auttaa myös. ”On olemassa laitteisto- ja ohjelmistohaaste”, Yoshor sanoo. ”Joskus ihmiset laiminlyövät ohjelmistoelementin, joka on se, miten stimuloimme aivoja.” Yoshor on yksi kahdesta neurokirurgista, jotka ovat istuttaneet Orionin potilaille, ja hän ja kollegansa julkaisivat hiljattain tutkimuksen, jossa tutkittiin sen ominaisuuksia. ”Potilaat on helppo saada näkemään pisteitä”, Yoshor sanoo. ”Mutta kun yritämme yhdistää niitä, kuten stadionin valoja, on paljon vaikeampaa saada potilaat havaitsemaan yhtenäinen muoto.” Tutkimusryhmä pohti, voisiko aivojen taipumusta havaita muutoksia stimulaatiossa hyödyntää. ”Jos stimuloimme kuutta elektrodia samanaikaisesti, potilaat näkivät epäjohdonmukaisia tahroja”, Yoshor kertoo. ”Mutta kun pyyhkäisimme läpi aivojen, potilaat pystyivät välittömästi havaitsemaan visuaalisia muotoja tai kirjaimia.”

Näkemisjärjestelmän suorittama prosessointi on uskomattoman monimutkaista, mutta syvempi ymmärrys tästä prosessoinnista yhdessä kehittyneempien stimulaatiotekniikoiden kanssa kehittää näitä laitteita edelleen. Yoshor vertaa ongelmaa musiikin soittamiseen. ”Se on kuin ero soinnun soittamisen ja nyrkillä pianon hakkaamisen välillä”, hän sanoo. ”Jos tietoa syötetään karkeasti, syntyy kakofonia; se on tehtävä tavalla, joka on musiikillinen.”