Che cos'è una protesi visiva?
Una protesi visiva è comunemente chiamata anche “occhio bionico”. Si tratta di un dispositivo elettronico impiantato chirurgicamente che può aiutare le persone con perdita della vista dovuta alla degenerazione delle cellule fotorecettrici. In questi pazienti, le cellule responsabili della percezione della luce risultano parzialmente o completamente compromesse, rendendo difficile o impossibile una visione funzionale.
Questo include persone affette da retinite pigmentosa (RP) o degenerazione maculare. L'aiuto tecnologico fornito dall’occhio bionico può imitare alcuni dei processi naturali dell’occhio:
- Cattura la luce
- Converte la luce in segnali elettrici
- Invia dei segnali alla retina, il tessuto sensibile alla luce situato nella parte posteriore dell'occhio
L’occhio bionico non consente un ripristino completo della vista; tuttavia, può offrire un recupero parziale della funzionalità visiva.
Funzionamento degli occhi bionici
L’occhio bionico lavora in sinergia con le parti ancora sane dell’occhio per favorire una visione funzionale. In un occhio sano, la luce entra e raggiunge la retina nella parte posteriore dell’occhio, innescando una vera e propria sequenza di segnali:
- Le cellule specializzate nella retina, i fotorecettori, catturano la luce
- La luce viene convertita in segnali elettrici
- Questi segnali attraversano diversi strati di cellule di elaborazione all'interno della retina
- Queste cellule di elaborazione affinano e interpretano le informazioni
- Cellule specializzate, chiamate gangliari, ricevono questi segnali già elaborati
- Le cellule gangliari inviano i segnali lungo un fascio di fibre connettive, il nervo ottico, al cervello
- L'immagine viene compresa e percepita
Retinite pigmentosa e degenerazione maculare sono malattie oculari progressive che causano la morte graduale dei fotorecettori e delle cellule di elaborazione. Fortunatamente, le cellule gangliari spesso rimangono sane e funzionali per molto più tempo. Una protesi visiva può bypassare le cellule retiniche danneggiate, comunicando direttamente con le cellule gangliari superstiti.
Componenti di un occhio bionico
Con il progresso della tecnologia, i componenti degli occhi bionici continueranno a evolversi. Questi possono includere:
- Una fotocamera – È montata sugli occhiali e cattura il campo visivo dell’utente.
- Unità di elaborazione – Estrae le informazioni più rilevanti dalla scena visiva e le converte in schemi di stimolazione elettrica specifici.
- Un collegamento wireless – L’unità di elaborazione trasmette energia e dati al sistema impiantato nell’occhio tramite comunicazione wireless.
- Un sistema impiantato – Comprende un ricevitore/decodificatore e una matrice di microelettrodi.
- Un array multi-elettrodo – un insieme di microelettrodi impiantati lungo il percorso visivo, che può includere la retina, il nervo ottico e la corteccia visiva. Genera schemi di stimolazione elettrica in grado di attivare i neuroni, permettendo al cervello di interpretare i modelli di luce prodotti, trasformandoli in una percezione visiva funzionale.
La scienza dietro gli impianti oculari
I ricercatori hanno sviluppato due principali metodi per ripristinare la vista:
Sistemi assistiti da telecamera (elaborazione esterna)
In questo sistema, una matrice di microelettrodi viene impiantata all’interno dell’occhio. La matrice contiene elettrodi specializzati e funziona in combinazione con componenti esterni: l’utente indossa infatti occhiali speciali dotati di una fotocamera integrata.
- La fotocamera cattura immagini dell’ambiente circostante
- Un processore indossabile elabora le immagini catturate e le converte in segnali elettrici
- Successivamente, il processore trasmette questi segnali all’impianto posizionato vicino all’occhio
- L’impianto trasmette i segnali alla matrice di microelettrodi, che stimola le cellule gangliari della retina
- Le cellule gangliari inviano segnali al cervello tramite il nervo ottico
- Il risultato è una percezione visiva in bianco e nero, che può contribuire a ripristinare parzialmente la funzionalità visiva
L’ARGUS II, uno degli occhi bionici più noti, oggi non più in produzione, era progettato per bypassare le aree danneggiate della retina, comunicando direttamente con le cellule gangliari ancora funzionali.
Sistemi sensibili alla luce (elaborazione interna)
Questo nuovo sistema utilizza una matrice di elettrodi avanzata composta da fotodiodi. Questi minuscoli componenti catturano la luce e la convertono in segnali elettrici senza bisogno di una telecamera esterna. Grazie alla loro capacità di rispondere direttamente alla luce, è possibile eliminare gran parte del cablaggio complesso all’interno dell’occhio.
Il metodo del fotodiodo presenta diversi vantaggi:
- Sfrutta un processo di conversione diretta della luce, riducendo o eliminando la necessità di cavi impiantati all’interno dell’occhio
- L’intervento risulta più semplice e meno invasivo
- Non richiede una telecamera esterna
- I movimenti oculari possono allinearsi in modo naturale con le immagini percepite
- La relazione tra i movimenti oculari e la percezione visiva viene mantenuta in modo più naturale
Tecnologia dell’occhio bionico
Un impianto oculare bionico deve comunicare con precisione con le cellule nervose della retina, il che richiede una progettazione accurata e una compatibilità biologica ottimale.
Microelettrodi e interfacciamento neurale
I microelettrodi sono i minuscoli componenti che trasmettono segnali elettrici. Devono essere altamente localizzati e avere dimensioni comparabili a quelle delle cellule nervose bersaglio. Questa precisione garantisce che l’impianto stimoli singole cellule in modo mirato; un’attivazione troppo ampia potrebbe infatti provocare sfocatura o distorsione dell’immagine.
Bioelettronica e biocompatibilità
Gli impianti accuratamente progettati possono coesistere in modo sicuro all’interno dell’occhio. Poiché il corpo tende a considerare qualsiasi oggetto estraneo come potenzialmente nocivo, i materiali utilizzati devono essere altamente biocompatibili. La biocompatibilità garantisce che l’impianto si integri bene con i tessuti oculari, riducendo al minimo il rischio di rigetto o infiammazione.
Stabilità a lungo termine
I materiali utilizzati in un impianto bionico devono avere una comprovata sicurezza clinica e resistere al degrado nel tempo, mantenendo la loro integrità strutturale. In questo modo si garantisce che il dispositivo funzioni in modo affidabile per tutta la vita del paziente.
Tipologie di impianti oculari bionici
Le protesi retiniche rappresentano il tipo più comune di occhio bionico. Sono progettate per stimolare direttamente i neuroni retinici residui, aiutando gli utenti a percepire la luce, rilevare i movimenti e riconoscere oggetti di grandi dimensioni.
Il sistema PRIMA
Il sistema di impianto retinico fotovoltaico (PRIMA) è stato sviluppato dai ricercatori di Stanford Medicine. PRIMA è un dispositivo completamente privo di fili, che utilizza pixel fotovoltaici impiantati sotto la retina. Questi pixel convertono la luce pulsata, vicina all’infrarosso, proveniente da occhiali speciali in stimolazione elettrica, permettendo la percezione visiva.
Il sistema comprende una fotocamera integrata negli occhiali e un proiettore che trasmette le immagini, tramite luce vicino all’infrarosso, al microchip PRIMA impiantato nell’occhio. PRIMA è la prima protesi oculare in grado di ripristinare una forma di vista funzionale, permettendo a pazienti con perdita della vista incurabile di riconoscere forme, schemi e lettere.
Il sistema Argus II
Il sistema di protesi retinica Argus II è stato un dispositivo oculare bionico rivoluzionario. La produzione è stata interrotta nel 2019 dal produttore, che ha deciso di concentrarsi su un nuovo impianto corticale. Questa decisione ha lasciato oltre 350 utenti esistenti senza supporto a lungo termine.
Benefici e sfide degli occhi bionici
Per i pazienti idonei, gli occhi bionici offrono diversi vantaggi:
- Capacità di vista funzionale – Dispositivi come PRIMA hanno dimostrato il potenziale di ripristinare una forma di vista funzionale, consentendo ai pazienti di leggere e riconoscere lettere.
- Maggiore indipendenza e mobilità – Gli occhi bionici migliorano la percezione dello spazio, aiutando gli utenti a rilevare i movimenti e a individuare oggetti ad alto contrasto. Ciò favorisce una maggiore autonomia nella vita quotidiana.
- Qualità di vita migliorata – Anche un recupero parziale della vista può aumentare significativamente la qualità della vita del paziente. Può favorire il benessere psicologico e permettere lo svolgimento di attività quotidiane di base, come attraversare una porta in autonomia.
onostante i progressi ottenuti, la tecnologia degli occhi bionici deve ancora affrontare diverse sfide:
- Alto costo e accesso limitato – Lo sviluppo di protesi visive richiede ricerche e sperimentazioni approfondite, rendendo questi dispositivi molto costosi. L’elevato costo limita l’accessibilità e la possibilità per molti pazienti di usufruirne.
- Supporto a lungo termine e rischio di obsolescenza – Alcuni produttori hanno incontrato difficoltà finanziarie, portando all’interruzione di dispositivi precedentemente approvati. Ciò solleva preoccupazioni sul supporto a lungo termine e sul rischio di malfunzionamenti futuri per gli utenti.
- Limitazioni tecniche – La tecnologia attuale consente una percezione visiva a bassa risoluzione, pixelata e con un campo visivo ridotto.
- Alta complessità – L’installazione di un occhio bionico richiede interventi chirurgici complessi e una riabilitazione intensiva. Il paziente deve inoltre imparare a interpretare i segnali elettrici artificiali per trarre beneficio dal dispositivo.
- Specializzazione chirurgica – La complessità delle procedure restringe l’installazione degli occhi bionici a pochi centri chirurgici specializzati.
- Risultati variabili e requisiti rigorosi – I risultati ottenuti con gli occhi bionici possono variare notevolmente tra i pazienti, e i criteri di idoneità per l’impianto sono molto rigorosi.
Prospettive future nella tecnologia dell’occhio bionico
La tecnologia degli occhi bionici non è più solo un’idea. Il sistema PRIMA ha dimostrato che i pazienti con degenerazione maculare senile secca possono recuperare una forma significativa di vista funzionale.
Impianti retinici avanzati
Le protesi retiniche di nuova generazione — come il sistema subretinico PRIMA — stanno evolvendo rapidamente. Si prevede che lo sviluppo di pixel più piccoli aumenterà l’acuità visiva, integrata da funzionalità avanzate negli occhiali smart, come zoom digitale e miglioramento del contrasto. In futuro, alcuni pazienti potrebbero raggiungere un livello di acuità visiva funzionale vicino a quello della vista normale.
Impianti visivi basati sul cervello (protesi corticali)
Le protesi visive corticali stimolano direttamente la corteccia visiva, bypassando completamente occhi e nervi ottici. Per questo motivo risultano particolarmente promettenti per persone che non possono beneficiare degli impianti retinici, come coloro con danni gravi al nervo ottico o alcune forme di cecità congenita.
I primi sistemi hanno sperimentato la stimolazione corticale a pattern, consentendo agli utenti di percepire forme semplici e oggetti ad alto contrasto su uno schermo.
I dispositivi più recenti includono il sistema Blindsight di Neuralink e sono progettati per ripristinare la vista stimolando direttamente la corteccia visiva.
La strada da seguire per Bionic Vista
Gli impianti visivi corticali offrono nuove speranze a chi ha subito gravi danni al nervo ottico. Al momento, la visione artificiale fornita da questi dispositivi è diversa dalla vista naturale: la maggior parte dei pazienti descrive immagini granulose e a bassa risoluzione, mentre altri percepiscono luci intermittenti, note come fosfeni dagli studiosi.
Sebbene questa vista artificiale sia ancora limitata, fornisce informazioni preziose, aiutando i pazienti a orientarsi e a comprendere meglio l’ambiente circostante.
I ricercatori stanno sviluppando sistemi che integrano gli impianti corticali con algoritmi avanzati di intelligenza artificiale (IA). L’IA è addestrata a identificare le caratteristiche visive più rilevanti nelle immagini catturate dalla fotocamera e a tradurle in segnali elettrici da inviare direttamente al cervello.
Il settore sta evolvendo verso miglioramenti in diversi ambiti:
- Tecnologia migliorata – Le future protesi potrebbero offrire immagini più nitide e un campo visivo più ampio, garantendo al contempo una maggiore durata dei dispositivi senza compromettere la salute oculare.
- Maggiore accessibilità e disponibilità – In futuro, le compagnie assicurative potrebbero coprire una quota maggiore dei costi, rendendo gli occhi bionici più accessibili. Sempre più ospedali in tutto il mondo saranno in grado di eseguire l’intervento chirurgico, e le risorse per supportare i pazienti nell’apprendimento dell’uso dei dispositivi diventeranno sempre più disponibili.
- Supporto a lungo termine per i pazienti – Le aziende punteranno a garantire un supporto a lungo termine per i pazienti che utilizzano i loro dispositivi, assicurando assistenza continua e manutenzione.
Se mostri interesse alla tecnologia degli occhi bionici, parlane con il tuo oculista. Potrà valutare la tua idoneità e rispondere a tutte le tue domande.
