AI: cos’è l’occhio bionico e quali prospettive offre agli ipovedenti

Concentrandosi su modelli di cellule nervose che trasmettono le informazioni visive dall'occhio al cervello, i ricercatori hanno identificato modi per aumentare potenzialmente la chiarezza e garantire la visione a colori ai futuri dispositivi protesici della retina [...]
Luigi Mischitelli

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L’utilizzo massivo dell’intelligenza artificiale in campo sanitario raggiunge sempre più record, man mano che ci addentriamo negli anni Venti di questo XXI Secolo. Una delle ultime frontiere riguarda i disturbi visivi, per i quali si stanno aprendo nuove prospettive con quello che viene definito “occhio bionico”.

Una protesi retinica che restituisce parzialmente la vista

Tra i sensi dell’essere umano, la vista appare la più sensibile sotto un profilo eminentemente fisico ma anche sociale; l’uomo è un essere sociale che ha bisogno non solo di muoversi e captare ciò che succede nello spazio che lo circonda, ma anche di rapportarsi con altri suoi simili. Ragion per cui, l’intelligenza artificiale corre in soccorso per cercare di lenire – e in futuro, di risolvere – i problemi visivi. Si pensi, ad esempio, ai milioni di persone che affrontano la perdita della vista a causa di patologie degenerative degli occhi, come la malattia genetica della retinite pigmentosa. E si pensi anche che, in questo caso, vi è una tecnologia che permette alle persone affette da retinite pigmentosa di tornare (parzialmente) a vedere. Argus II[1], prima protesi retinica al mondo, riproduce alcune funzioni di una parte dell’occhio essenziale per la visione, le quali permettono alle persone affette da questa sindrome di percepire il movimento e le forme. Uno straordinario passo in avanti che permette quantomeno di evitare situazioni di pericolo e di percepire la presenza di cose, persone e animali.

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Il sistema Argus II

Dalle protesi all’occhio bionico

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Gianluca Lazzi

L’obiettivo di alcuni ricercatori è decisamente ambizioso. Tra loro, spicca l’italiano Gianluca Lazzi, professore di Oftalmologia e Ingegneria elettrica presso le università californiane Keck School of Medicine e Viterbi School of Engineering. Per il professor Lazzi vi è il necessario obiettivo di sviluppare sistemi che imitino la complessità della retina, in modo da migliorare ogni aspetto dell’occhio “bionico”. Lui e i suoi colleghi hanno varato un loro modello, convalidato sperimentalmente, che riproduce le forme e le posizioni di milioni di cellule nervose nell’occhio umano, così come le proprietà fisiche e di rete ad esso associate. Una perfetta imitazione del comportamento dei sistemi neurali, così da poter comprendere perché il sistema neurale “fa quello che fa”. Concentrandosi su modelli di cellule nervose che trasmettono le informazioni visive dall’occhio al cervello, i ricercatori hanno identificato modi per aumentare potenzialmente la chiarezza e garantire la visione a colori ai futuri dispositivi protesici della retina.

Come funziona un “occhio bionico”

Tali dispositivi funzionano pressappoco in questo modo: quando la luce entra nell’occhio (sano), la lente la focalizza sulla retina, nella parte posteriore dell’occhio. Le cellule chiamate fotorecettori traducono la luce in impulsi elettrici che vengono elaborati da altre cellule della retina. Dopo l’elaborazione, i segnali vengono passati alle cellule gangliari retiniche, che trasmettono le informazioni dalla retina al cervello attraverso lunghe “code” (gli assoni) che sono raggruppate per formare il nervo ottico. Quando siamo in presenza di malattie degenerative che colpiscono l’occhio, i fotorecettori e le cellule di elaborazione muoiono, mentre le cellule gangliari retiniche, in genere, rimangono in funzione più a lungo. Cosa che permette alla già citata protesi Argus II di trasmettere i segnali direttamente a queste cellule e di permettere (quantomeno) la percezione dello spazio limitrofo alla persona.

Occhio bionico, un impianto oculare con elettrodi attivati a distanza

Il paziente che ha bisogno di tornare a vedere viene dotato di un piccolo impianto oculare con una serie di elettrodi. Questi elettrodi sono attivati a distanza da un segnale che viene trasmesso mediante l’ausilio di occhiali speciali dotati di una particolare telecamera. I modelli di luce rilevati da questa telecamera determinano quali cellule gangliari della retina vengono attivate dagli elettrodi, inviando un segnale al cervello che si traduce nella percezione di un’immagine in bianco e nero composta da sessanta punti (che “tracciano” lo spazio). In certe condizioni, un elettrodo nell’impianto protesico stimolerà incidentalmente gli assoni delle cellule vicine al suo obiettivo. Per il paziente interessato questa stimolazione “fuori bersaglio” degli assoni si traduce nella percezione di una forma allungata invece che di un punto.

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Per il professor Lazzi, l’obiettivo è di attivare questa cellula, ma non l’assone vicino, in modo da progettare una forma d’onda di stimolazione elettrica che mira più precisamente alla cellula. I ricercatori californiani hanno utilizzato modelli per due sottotipi di cellule gangliari retiniche, sia a livello di singola cellula che di enormi reti. Gli esperti hanno identificato un modello di impulsi brevi che mira preferenzialmente ai corpi cellulari, con meno attivazione “fuori bersaglio” degli assoni.

Con il loro modello, il professor Lazzi e i suoi colleghi hanno sviluppato una strategia per regolare la frequenza del segnale, così da creare la percezione del colore blu. Oltre alla possibilità di aggiungere la visione dei colori all’occhio bionico, la codifica con determinate tonalità potrebbe essere combinata con nuove soluzioni di intelligenza artificiale nel prossimo futuro, in modo che elementi particolarmente importanti nei dintorni dello spazio fisico di una persona, come i volti o le porte, si distinguano nettamente (e non si percepiscano soltanto).

Conclusioni

Per il team delle Keck School of Medicine e Viterbi School of Engineering la strada è ancora lunga, ma ci si sta dirigendo nella direzione giusta. La direzione di una piena integrazione delle protesi retiniche con i sistemi di intelligenza artificiale che permetteranno, un giorno, di permettere una piena visione con la qualità dell’occhio sano.[2]

 

Note

  1. Discover the answers to the questions most frequently asked about Argus II. https://secondsight.com/faq/
  2. Computer model fosters potential improvements to ‘bionic eye’ technology. Keck School of Medicine of USC. https://keck.usc.edu/computer-model-fosters-potential-improvements-to-bionic-eye-technology/

 

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