Neues FWF-Pro­jekt mit Mikro­chips und Retina-Implantaten.

Chip-basierte Retina-Implan­tate erlau­ben bis­her nur eine rudi­men­täre Wie­der­her­stel­lung der visu­el­len Wahr­neh­mung. Ein Pro­jekt des Wis­sen­schafts­fonds FWF zeigt nun auf, dass Anpas­sun­gen elek­tri­scher Impulse das ändern könn­ten. Mit­tels zweier spe­zi­el­ler Seh­zell-Typen, die unter­schied­lich auf bestimmte elek­tri­sche Signale reagie­ren, ent­steht ein Effekt, der das Sehen von Hell-Dun­kel-Kon­tras­ten ver­bes­sern könnte.

Ein­ge­schränk­tes Sehen
“Blinde rich­tig sehend machen – das wird noch dau­ern”, sagt Frank Rat­tay vom Insti­tut für Ana­ly­sis und Sci­en­ti­fic Com­pu­ting an der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Wien. “Doch bei bestimm­ten Erkran­kun­gen des Auges gelingt es schon, ihnen mit Retina-Implan­ta­ten ein noch stark ein­ge­schränk­tes Sehen zurück­zu­ge­ben,“ so Rat­tay, einer der betei­lig­ten Forscher.

Im Auge implan­tierte Mikrochips
Im For­schungs­pro­jekt wer­den mit­tels im Auge implan­tier­ten Mikro­chips Licht­si­gnale in elek­tri­sche Impulse umge­wan­delt, die anschlie­ßend Zel­len der Netz­haut sti­mu­lie­ren. Pro­blem ist, dass Zell­ty­pen, die in einem funk­ti­ons­fä­hi­gen Auge unter­schied­lich auf Licht­reize reagie­ren, gleich­mä­ßig sti­mu­liert wer­den. Damit wird die Wahr­neh­mung von Kon­trast stark vermindert.
“Doch könnte es gelin­gen”, so Rat­tay, “durch spe­zi­elle elek­tri­sche Impulse die eine Zell­art mehr als die andere zu sti­mu­lie­ren und so die Wahr­neh­mung von Kon­trast zu stei­gern.” Erste Ansätze dazu fand er mit sei­nem Team im Rah­men eines FWF-Pro­jekts, wo er gemein­sam mit Shel­ley Fried von der Har­vard Medi­cal School und Eber­hard Zren­ner von der Uni­ver­si­täts­kli­nik Tübin­gen die simu­lier­ten Ergeb­nisse durch expe­ri­men­telle Befunde unterstützt.

Simu­liert und stimuliert
Im Rah­men einer aus­ge­klü­gel­ten Com­pu­ter­si­mu­la­tion zweier Zell­ty­pen des Auges zeigte sich, dass bei Aus­wahl spe­zi­el­ler elek­tri­scher Impulse tat­säch­lich unter­schied­li­che bio­phy­si­ka­li­sche Vor­gänge in den bei­den Zell­ty­pen akti­viert wer­den kön­nen. Eine soge­nannte mono­pha­si­sche Sti­mu­la­tion, bei der die elek­tri­sche Pola­ri­tät des Signals vom Retina-Implan­tat nicht wech­selte, führte bei einem Zell­typ zu einer deut­li­chen Depolarisierung.
“Depo­la­ri­sie­rung bedeu­tet, dass die in Zel­len vor­herr­schende nega­tive Ladung kurz­fris­tig in eine posi­tive über­geht. So wer­den Ner­ven­im­pulse wei­ter­ge­lei­tet,“ erläu­tert Rat­tay : In dem ande­ren Zell­typ war diese Ladungs­um­kehr deut­lich schwä­cher. Wei­ters konnte das Team anhand der Simu­la­tion auch zei­gen, dass die Kon­zen­tra­tion des wich­ti­gen Signal­mo­le­küls Kal­zium in den bei­den Zell­ty­pen bis zu vier­fach unter­schied­lich auf ein mono­pha­si­sches Signal reagierte.
Gemein­sam mit ande­ren Erkennt­nis­sen, könnte es gelin­gen die Per­for­mance zukünf­ti­ger Retina-Implan­tate durch die Modu­la­tion ihrer elek­tri­schen Signale deut­lich zu ver­bes­sern – mit dem Ziel Stra­te­gien zu ent­wi­ckeln, die vie­len Blin­den das visu­elle Erken­nen von Gegen­stän­den ermög­li­chen sollen.