Umjetni vid

Temeljni principi

Relativno je stara zamisao da se slijepim osobama omogući vid korištenjem dosega suvremene tehnologije i računalstva i potječe još iz 60-tih godina prošlog stoljeća. Prvi su koraci u tom smjeru učinjeni eksperimentima električnog podraživanja različitih dijelova vidnog sustava slijepih životinja. Kada su se ishodi takvih eksperimenata pokazali povoljnima, a uz to je i razvoj tehnologije to omogućio, krenulo se u mukotrpnu proceduru ispitivanja mogućnosti i benefita korištenja sustava umjetnog vida i u ljudi. Temeljni je princip umjetnog vida podraživanje različitih dijelova vidnog sustava električnim signalima dobivenim iz minijaturnih videokamera, prethodno obrađenim računalnim algoritmima. Na taj se način zaobilazi prepreka u prenošenju vidnih informacija prirodnim putem što predstavlja temelj gubitka vida.

Ne treba dodatno ni isticati koliku bi korist za slijepe osobe u budućnosti razvoj ovakvog sustava predstavljao, posebice u njihovu prostornom snalaženju u svakodnevnom životu. S druge strane, dosadašnji rezultati istraživanja u ovom području još nisu onakvi kakvima bi mnogi priželjkivali da budu, no daljnjim razvojem tehnologije i spoznaja suvremene medicine, a najviše na temelju rezultata postignutih do sada u primjeni tehnologije umjetnog vida, naša bi očekivanja svakako trebala biti optimistična.

Naravno, ova bi tehnologija bila od veće koristi slijepim osobama nego sva dosada korištena pomagala, uključujući i pse vodiče a izračun znanstvenika koji rade na ovom području je kako bi troškovi sustava umjetnog vida za jednog bolesnika iznosili manje nego školovanje jednog psa vodiča.

Osnovni principi rada ljudskog vida

Ljudski je vidni sustav svojom funkcionalnošću, stereoskopskim vidom i vidom boja među najsavršenijima u životinjskom svijetu. Sastoji se od očiju čija je osnovna uloga pretvarati svjetlosne signale u električne koji se jedini mogu prenositi i obrađivati u mozgu. Tu konverziju signala vrši desetoslojna mrežnica (lat. retina), najvažniji dio oka, i ujedno najčešće mjesto oštećenja zbog kojih se gubi vid. Sljedeći veliki dio vidnog sustava jesu vidni putovi čija je zadaća prijenos električnih signala iz mrežnice do mozga. Na putu prijenosa signala postoji nekoliko mjesta prekapčanja i komunikacije s drugim osjetilnim ali i neosjetilnim sustavima mozga. Treći dio vidnog sustava je kora velikog mozga koja prima električne signale pristigle vidnim putovima te ih obrađuje komunikacijom vidnih i drugih dijelova mozga. Dio mozga koji prima vidne signale nalazi se u njegovom zatiljnom (lat. okcipitalnom) dijelu.

Vrste i načini rada sustava umjetnog vida

Osnovni princip kojim se koriste sustavi umjetnog vida jest da se pri električnom podražaju malog dijela vidne kore velikog mozga stvara osjet vida u obliku svjetlucave točke čiji intenzitet ovisi o jakosti podražaja. Pri simultanim podražajima s više elektroda stvara se sustav točkica poput zvjezdanog neba. Prilagodbom vremenskog i prostornog rasporeda takvih podražaja mozak slijepih osoba dobiva poseban raspored točkica različitog intenziteta koji se uz vježbu i računalne programe koji stvaraju niz podražaja prema slici iz video kamere u mozgu tumači kao slika.

Nedostaci su još uvijek prilično veliki, a kvaliteta slike koju bolesnici "vide" je mala. Veliki je problem i u malom broju korištenih elektroda za električno podraživanje čime se stvara vrlo usko vidno polje (tunelski ili tubularni vid, bolesnik kao da gleda kroz cijev, nema perifernog vida). Također, u slijepih osoba električnim podražajima nije se još postigao vid u boji.

Dva su temeljna oblika sustava umjetnog vida

• Prvi koristi električno podraživanje živčanih završetaka mrežnice signalima iz video kamere smještene u naočalama nakon obrade u računalnim čipovima koji su implantirani potkožno ispod uške.

Elektrode se pri tome kirurški implantiraju na samu mrežnicu. Nedostatak je ovakvog principa taj što za svaku promjenu dijelova sustava treba operacijski zahvat i što je cijeli sustav primjenjiv samo ukoliko su zdravi putovi za prijenos vidnih signala do mozga. Prednost mu je u tome što se signal od razine mrežnice prenosi prirodnim putem, pa obećava kvaliteniju sliku i cijeli je sustav manji. Jedna inačica ovog sustava koristi podraživanje očnog živca, također elektrodama implantiranim u oko. Primjena je ovog načela još uvijek u eksperimentalnoj fazi.

• Drugi, i do danas razvijeniji sustav umjetnog vida koristi direktno podraživanje zatiljne kore velikog mozga.

Osnovni su dijelovi takvog sustava: minijaturna video kamera smještena u naočalama bolesnika, računalo za obradu signala iz kamere i stvaranje impulsa za podražaj vidne kore mozga, elektrode za podražaj implantirane u lubanjski prostor iznad vidne kore velikog mozga. Prednost je ove vrste umjetnog vida u tome što ne zahtijeva zdravo oko niti vidne putove (podražuje se vidna kora mozga direktno) te se stoga može primijeniti u gotovo svih slijepih osoba, osim u onih s većim oštećenjima mozga. Nadalje, koriste se vantjelesne komponente koje se svakim poboljšanjem ili pak kvarom mogu lako mijenjati ili nadograđivati. Nedostatak je u zahtjevima implantacije elektroda u lubanjski prostor i još uvijek relativno velika i skupa oprema. Upravo je ovaj sustav prvi uspješno primijenjen u eksperimentalnih bolesnika, nakon niza preliminarnih pokusa kojima se dokazala dugotrajnost implantata elektroda bez infekcija te sigurnost cijele procedure.

Prvi bolesnik s umjetnim vidom

Prvi je bolesnik s umjetnim vidnim sustavom muškarac Jerry u dobi od 62 godine koji je vid izgubio najprije na jednom oku u 22. godini, a zatim i na drugom u 36. godini života, u oba slučaja zbog ozljede. Sudjelovao je već u prvim ispitivanjima instituta Dobelle iz New Yorka pa su mu elektrode nad vidnom korom implantirane još 1978. godine i to u lokalnoj anesteziji. U prvim pokusima računalo koje je obrađivalo sliku s kamere bilo je 3 x 1,5 x 1 metar veliko i preko 150 kg teško, tako da je svaka mobilnost uređaja s bolesnikom bila nemoguća.

Sustav predstavljen početkom 2000. godine na istom bolesniku koristio je mobilno računalo koje je bolesnik nosio za pojasom a težilo je samo 4,5 kg. Bolesnik je naučio koristiti sustav za samo jedan dan, a kasnijom vježbom mogao je izbrojiti prste na ruci, snalaziti se u podzemnoj željeznici u New Yorku i čak čitati slova veličine 15 cm na udaljenosti 1,5-2 metra. Vidno polje postignuto ovim sustavom bilo je široko samo 8 i visoko 20 cm (tubularni vid).

Osim videokamere na naočalama, bolesnik je na računalo koje je obrađivalo videosignal i generiralo impulse za podražaj mozga mogao spojiti i televizor ili osobno računalo te tako pristupati internetu. Cijeli je sustav predstavljen 2000. koštao između 50.000 i 80.000 američkih dolara. Serijskom će se proizvodnjom naravno i cijena znatno smanjiti.

Sljedeći bolesnici

U travnju 2002. godine u istom su Dobellovom institutu implantirane elektrode kod još 8 bolesnika i to nad vidnom korom obje hemisfere mozga. Prosječna veličina vidnog polja sa širinom 35 i visinom 55 cm bila je znatno veća od prvotno postignute. Osim toga, 4 su bolesnika vidjela i boje. Nekoliko njih je uspjelo čak upravljati automobilom na parkirališnom prostoru instituta.

Kako dalje?

Iako se mnogima ovi rezultati ne čine fascinantnima, sigurno je da će se razvojem tehnologija i robotike performanse umjetnog vida poboljšavati. Omogućiti slijepim osobama samostalno kretanje u javnom prometu bez pomagala već je veliki korak naprijed. Istraživači u ovom području najavljuju korištenje manjih kamera s lećama koje će davati kvallitetniju sliku, kao i korištenje obostranih moždanih implantata s 250 elektroda po hemisferi (ukupno 500 elektroda). Razvija se i nova programska podrška, a suvremena i brza računala sve bolje obrađuju video signal. Ovo je vjerojatno tek prvi korak u robotizaciji u području oftalmologije i ne treba nas iznenaditi veliki i brzi pomak naprijed, kao i primjena sustava umjetnog vida u kliničkoj praksi u bliskoj budućnosti.