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Bionische Augen: Künstliches Sehen für Blinde

Angesichts von weltweit fast 40 Millionen blinden Menschen und weiteren 124 Millionen, die eine Sehschwäche haben, ist es keine Überraschung, dass Forscher sich bemühen, neue Wege zur Wiederherstellung des Sehvermögens zu entwickeln. Eine dieser Bemühungen ist die Entwicklung eines sogenannten bionischen Auges oder bionischer Augenimplantate.

Augenforscher haben in der Bionik ein gemeinsames Ziel: eine Technologie zu entwickeln, die bei Sehbehinderungen so effektiv wirkt wie Cochlea-Implantate bei Hörbehinderungen. Aber die Methoden der Wissenschaftler sind bei diesem Ziel unterschiedlich. Außerdem steckt die bionische Technologie bei Augen im Vergleich zu Cochlea-Implantaten bei Hörverlust noch in den Kinderschuhen.

Mehrere bionische Augenimplantate befinden sich in der Entwicklung, aber derzeit ist nur eines in den USA erhältlich, und es ist nur für Blindheit geeignet, die durch bestimmte Augenerkrankungen verursacht wurde. Doch im Zuge der weiteren Forschung könnten bald immer mehr Menschen von bionischen Hightech-Augen profitieren.

Bionische Augen leisten mehr als Augenprothesen

Ein bionisches Auge ist nicht dasselbe wie eine Augenprothese. Augenprothesen (auch "Glasaugen" oder "künstliche Augen" genannt) ersetzen die physische Struktur und das Aussehen eines Auges, das aufgrund von Trauma, Schmerzen, Entstellung oder Krankheit entfernt werden muss. Bionische Augenimplantate arbeiten dagegen innerhalb der vorhandenen Augenstrukturen oder im Gehirn. Sie sind darauf ausgelegt, funktionales Sehen zu ermöglichen – im Gegensatz zu physischen, kosmetischen Zielen.

Das Argus II Netzhautprothesensystem besteht aus einer winzigen, an der Brille befestigten Kamera und einem Sender, der drahtlos Signale an ein Elektrodenfeld sendet, das auf die geschädigte Netzhaut einer blinden Person implantiert wird.

So wie es keine einzige Ursache für Blindheit gibt, gibt es auch nicht nur eine einzige Heilung. Um festzustellen, ob ein bionisches Auge Ihnen beim Sehen helfen könnte, ist es wichtig, die Ursache(n) für Ihren Sehverlust zu kennen.

Der Prozess des Sehens beginnt, wenn Licht in das Auge eintritt. Die Hornhaut und die Linse fokussieren das Licht auf der Netzhaut im hinteren Teil des Augapfels. Lichtempfindliche Zellen in der Netzhaut wandeln dann das gebündelte Licht in elektrische Energie um, die über den Sehnerv zum Gehirn transportiert wird.

Bei blinden Menschen funktioniert ein Teil dieses Prozesses nicht. In einigen Fällen ist die Hornhaut oder die Linse beschädigt oder erkrankt, oder die Netzhaut kann kein Licht mehr wahrnehmen. In anderen Fällen geht das Signal irgendwo entlang des Sehpfads im Gehirn verloren.

Verschiedene bionische Augenmodelle zielen auf unterschiedliche Bereiche des Sehpfades ab. Derzeit sind Netzhautimplantate die einzigen zugelassenen und erhältlichen bionischen Augen. Auch Hornhauttransplantationen und Kataraktoperationen können die Hornhaut und die Linse ersetzen, wenn diese Strukturen getrübt oder aus anderen Gründen nicht in der Lage sind, das Licht zu fokussieren.

Für wen können die derzeit verfügbaren bionischen Augen geeignet sein?

Ein verfügbares bionisches Augensystem ist das Argus II Netzhautprothesensystem. Es wurde in den USA von Second Sight Medical Products entwickelt.

Das Argus II wurde eingesetzt, um bei Hunderten von Menschen mit schwerer Retinitis pigmentosa ein gewisses Maß an visueller Wahrnehmung wiederherzustellen. Von dieser Krankheit ist jeder fünftausendste Mensch betroffen. Nach Angaben von Second Sight wurde die Argus II-Prothese weltweit bereits in die Augen von mehr als 350 Personen implantiert.

Wie Netzhautimplantate das Sehvermögen wiederherstellen

Das Argus II-System besteht aus zwei Modulen: Es besteht aus einer kleinen Kamera, die auf einer Brille montiert ist, und einer winzigen Anordnung von Elektroden, die im hinteren Teil des Auges, auf der Netzhaut, implantiert sind.

Was die Kamera sieht, wird in Signale umgewandelt, die drahtlos an das Netzhautimplantat übertragen werden. Als Reaktion darauf stimulieren die Elektroden des Chips die Netzhautzellen und veranlassen, dass diese die eingehenden Informationen an den Sehnerv senden, damit sie vom Gehirn verarbeitet werden können.

In einer Pressemitteilung gab Second Sight im März 2020 bekannt, dass das Unternehmen in Europa und den USA die behördliche Zulassung für Argus 2s, sein Wearable-Gerät der nächsten Generation, erhalten hat. Zu den Verbesserungen gehören eine leistungsfähigere Videoverarbeitungseinheit, eine verbesserte Kamera und eine ergonomischere Brille.

Grenzen der bionischen Augen

Selbst wenn das Argus II-System Menschen in die Lage versetzt, Licht, Bewegungen und Formen wahrzunehmen, kann es das Sehvermögen noch nicht in dem Maße wiederherstellen, wie es sich manche erhoffen. Diese Einschränkung ist weitgehend darauf zurückzuführen, dass das aktuelle Implantat nur 60 Elektroden hat. Um natürlich sehen zu können, benötigt man ungefähr eine Million Elektroden.

Einige Argus II-Nutzer können jedoch gut genug sehen, um Bücher in großer Schrift zu lesen und ohne Hilfe sicher die Straße zu überqueren. Das Unternehmen plant, in künftigen Modellen weitere Elektroden hinzuzufügen.

Eine weitere Einschränkung des aktuellen Argus II-Netzhautprothesensystems ist, dass der Nutzer damit keine Farben wahrnehmen kann.

Die Zukunft der bionischen Augen

Im Mai 2020 gab Second Sight bekannt, dass das Unternehmen eine zusätzliche Finanzierung erhalten hat, um die Entwicklung seines neuen Orion Visual Cortical Prothesensystem fortzusetzen. Das Unternehmen beschreibt die neue bionische Augenprothese Orion als „ein Implantat zur kortikalen Stimulation, das Personen, die aufgrund einer Vielzahl von Ursachen blind sind, wie z. B. Glaukom, diabetische Retinopathie, Verletzung oder Erkrankung des Sehnervs und Augenverletzungen, eine nützliche künstliche Sehkraft bieten soll.“

Orion ist konzipiert, um Bilder, die von einer auf einer Brille montierten Miniatur-Videokamera aufgenommen wurden, in eine Reihe kleiner elektrischer Pulse umzuwandeln. Das Gerät umgeht das erkrankte oder verletzte Auge und überträgt diese elektrischen Impulse drahtlos an eine Reihe von Elektroden, die auf der Oberfläche der Sehrinde des Gehirns implantiert sind, um die Wahrnehmung von Lichtmustern zu ermöglichen. 

Laut dem Unternehmen wird derzeit eine frühe Machbarkeitsstudie mit sechs Studienteilnehmern für diebionische Augenprothese Orion an zwei Universitätsforschungszentren in den USA durchgeführt.

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