Jens Naumann 17 éves volt, amikor egy baleset következtében egy vasútvonal fémdarabja a bal szemébe repült. Három évvel később egy hómobil kuplungjából származó fémszilánk tönkretette a jobb szemét, teljes sötétségbe taszítva őt. Naumann Keresés a paradicsomért című könyve elbeszéli kétségbeesett útját vissza a fénybe, elsősorban William Dobelle biomérnök “alfapácienseként”. Az 1970-es években Dobelle kimutatta, hogy a vizuális agyterületek (a látókéreg) elektromos stimulálása hatására az emberek fényfoltokat, azaz “foszféneket” érzékelnek.”

A mérnök célja egy “bionikus szem” kifejlesztése volt. A készülék egy fejre szerelhető kamerából állna, amely videót táplálna egy számítógépes processzorba, amely aztán elektromos jeleket küldene a látókéregbe beültetett elektródáknak, vizuális észleléseket generálva. Naumann lett Dobelle leghíresebb páciense, miután 2002-ben Portugáliába utazott a műtétre; az FDA betiltotta az eljárást az Egyesült Államokban, mivel nem bizonyult biztonságosnak. A durva körvonalak érzékeléséről szóló anekdotikus beszámolói maradtak a kutatók egyetlen bizonyítéka arra, hogy a formák érzékelése lehetséges egy ilyen eszközzel, mivel az ilyen eljárásokból származó adatokat soha nem publikálták. Az eszköz néhány hónap múlva elromlott, és Naumann újdonsült látásvilága elhalványult, de az évek során folyamatosan kampányolt a technológia továbbfejlesztéséért.

Már elkészült és majmokon tesztelték azt a kifinomultabb változatot, amely közelebb viszi a technológiát az embereken való rutinszerű gyakorlati alkalmazáshoz. A holland Idegtudományi Intézet idegkutatója, Pieter Roelfsema által vezetett csapat két látó majomban demonstrálta a helyzet, a tájékozódás, a mozgás és a betűformák érzékelését. A Science december 3-i számában megjelent tanulmány “technikai bravúr” – mondja Daniel Yoshor idegsebész, aki nem vett részt a kutatásban, de társszerzője a kísérő kommentárnak. A készüléket még tovább kell fejleszteni, mielőtt embereken is alkalmazhatóvá válna, de a munka közelebb hozza azt az álmot, hogy a látás helyreállítható legyen azok számára, akiknek nincs látásuk. A megközelítés az egyetlen lehetséges kezelés a szem működő sejtjeivel nem rendelkező emberek számára – ebbe a csoportba tartoznak egyes glaukómás és cukorbetegek, valamint azok, akik fizikai traumát szenvedtek.

Az új tanulmányban a csapat 16 tömböt használt, egyenként 64 elektródából álló rácsot, összesen 1024 elektródát. “Az agykéreg felszínének nagy részét csempéztük, ezáltal a vizuális tér e térképének nagy részével hoztuk létre a felületet” – mondja Roelfsema. A látókéreg rendelkezik egy “retinotópia” néven ismert tulajdonsággal, ami azt jelenti, hogy a vizuális tér fizikailag leképeződik az agykéreg területeire, ami lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a tér meghatározott pontjain foszféneket hozzanak létre. Egy kísérletsorozat kimutatta, hogy a majmok képesek voltak azonosítani az egyes foszfének helyzetét, a két foszfénből álló vonalak orientációját, valamint a mozgás irányát, amelyet két foszfén egymás utáni ingerlése sugall. Végül úgy tűnt, hogy a betűk felismerésére kiképzett majmok képesek voltak azonosítani a nyolc és 15 foszfénből generált betűket. A foszféneket kamerák használata nélkül, elektródák közvetlen ingerlésével hozták létre, a majmok pedig szemmozgással jelezték a válaszokat.

Más csoportok is dolgoznak ugyanezen a problémán, és az egyik csoport már embereken is teszteli az eszközöket. Egy kaliforniai cég, a Second Sight egy Orion nevű rendszert fejleszt hat vak emberen egy FDA által jóváhagyott klinikai kísérletben. Dobelle rendszeréhez hasonlóan az Orion is az agy felszínén elhelyezkedő elektródákat használ, amelyekkel elkerülhető a “behatoló” implantátumok használatakor fellépő szövetkárosodás és gyulladás, ami idővel a teljesítmény csökkenését eredményezi. A módszer hátránya, hogy a szükséges áram viszonylag nagy, ami korlátozza a biztonságosan használható elektródák számát. “Nem akarunk epilepsziát előidézni” – mondja Roelfsema. A holland csoport új tanulmánya áthatoló elektródákat használt, amelyek kevesebb áramot igényelnek. “Vékony tűket használtunk, így csak néhány sejtet tudunk aktiválni, viszonylag enyhe árammal, százszor kisebb árammal, mint amire egy felületi elektródával van szükség” – mondja Roelfsema. A legjelentősebb, hogy az új eszköz sokkal nagyobb felbontással rendelkezik. Míg az új rendszernek 1024 elektródája van, az Orion implantátumnak 60, ami a befogadókat a sötét és világos területek érzékelésére korlátozza.

A látás, amit ez az eszköz létrehozhat, a természetes látás gazdagságához képest kezdetleges lenne, de még így is jelentős előnyt jelentene. “Ha a semmiből indulunk ki, 10, 20 százalék már nagy változást jelent” – mondja Neena Haider, a Harvard Medical School munkatársa, aki nem vett részt a munkában. “Ez ablakot ad arra, hogyan navigáljunk a világban.” De még vannak akadályok, mielőtt ez a technológia emberi használatba kerülne. Először is, az implantátumoknak vezeték nélkülieknek kell lenniük – és más csoportok erőfeszítéseket tesznek vezeték nélküli agyi implantátumok kifejlesztésére. A következő lépésekhez az implantátumok behatolásának fiziológiai következményeit is mérni kell, mondja Haider. “Milyen sejtválaszok történnek az agyban?” – kérdezi az akut és a hosszú távú hatásokat illetően. A “biokompatibilitás” továbbra is probléma, de a megoldások talán már kéznél vannak. “Olyan csoportokkal dolgozunk együtt, amelyek vékony, rugalmas elektródákat fejlesztenek ki”, amelyeket rudak segítségével tolnak be az agyba, majd visszahúzódnak, mondja Roelfsema. “Az első benyomások szerint ezek az új anyagok nagyon stabilak, de még mindig van mit tenni.”

A vizuális információk agyi feldolgozásának jobb megértése szintén segít. “Van egy hardveres és egy szoftveres kihívás” – mondja Yoshor. “Néha az emberek elhanyagolják a szoftveres elemet, vagyis azt, hogyan stimuláljuk az agyat”. Yoshor egyike annak a két idegsebésznek, aki beültette az Oriont a betegekbe, és ő és kollégái nemrég publikáltak egy tanulmányt, amely a képességeit vizsgálta. “Könnyű elérni, hogy a betegek foltokat lássanak” – mondja Yoshor. “De amikor megpróbáljuk kombinálni őket, például stadionfényeket, sokkal nehezebb rávenni a betegeket, hogy egy összefüggő formát érzékeljenek.” A kutatócsoport arra gondolt, hogy az agynak az ingerületváltozások érzékelésére való hajlamának kihasználása segíthet. “Ha egyszerre hat elektródát stimuláltunk, a betegek következetlen pacákat láttak” – mondja Yoshor. “De amikor végigsöpörtünk az agyon, a betegek azonnal képesek voltak vizuális formákat vagy betűket észlelni.”

A vizuális rendszer által végzett feldolgozás hihetetlenül összetett, de ennek a feldolgozásnak a mélyebb megértése a kifinomultabb stimulációs technológiákkal együtt tovább fogja fejleszteni ezeket az eszközöket. Yoshor a problémát a zenéléshez hasonlítja. “Olyan ez, mint a különbség egy akkord eljátszása és a zongora ököllel való ütögetése között” – mondja. “Ha durván adjuk be az információt, akkor kakofóniát produkálunk; ezt úgy kell csinálni, hogy zenei legyen.”