Retina-Implantat

Retina-Implantate sind Sehprothesen für stark sehbehinderte oder blinde Menschen, deren Rezeptorzellen der Netzhaut (Retina) krankheitsbedingt ihre Funktion verloren haben, deren Sehnerv aber noch eine intakte Verbindung zum Gehirn bildet.

Funktionsprinzip

Es gibt verschiedene Ansätze, die Funktion degenerierter Rezeptorzellen der Netzhaut künstlich zu ersetzen. Das Funktionsprinzip ist aber im Wesentlichen identisch: Bilder der Umgebung werden in elektrische Impulse umgewandelt und an die Nerven weitergegeben.

In den letzten Jahren wurden zwei erfolgversprechende Systeme entwickelt, das subretinale Implantat und das epiretinale Implantat. Das subretinale Implantat wird im Auge unter der Netzhaut eingesetzt, während das epiretinale Implantat auf die Netzhaut implantiert wird.

Im Gegensatz zu den Implantaten des Hörorgans (Cochleaimplantat) befinden sich die Retina-Implantate noch in einem experimentellen Stadium, das allenfalls die Wahrnehmung von Licht und Schatten ermöglicht, jedoch kein Erkennen von Gegenständen oder eine Orientierung im Raum zulässt. Erste Tests in Patienten sind erfolgt, ein routinemäßiger klinischer Einsatz ist aber zur Zeit noch nicht in Sicht. Jedoch ist die Entwicklung vorangeschritten und inzwischen hat das Forscherteam um Professor Eberhart Zrenner (Tübingen/Reutlingen) die subretinalen Chips so weit entwickelt, dass Formensehen möglich ist. Miikka T. konnte in Tübingen so einen Apfel von einer Banane unterscheiden und seinen Namen aus Riesenbuchstaben lesen (und dabei einen Schreibfehler in ihm entdecken). Am 18. Dezember 2009 erhielt Professor Eberhart Zrenner in München den Karl-Heinz-Beckurts-Preis für seine Verdienste der Forschung und Entwicklung dieser subretinalen Chips.

Das Subretinale Implantat

Das subretinale Retinaimplantat besteht im Wesentlichen aus

• Photodioden-Array
• Mikrochip
• Stimulations-Elektroden-Array
• Energieversorgungseinheit

Das Implantat liegt zwischen der Netzhaut und der Aderhaut und wird lediglich durch den Augeninnendruck fixiert.

Vereinfacht dargestellt wandelt das Photodioden-Array das auf die Netzhaut treffende Bild in eine 2-dimensonale Verteilung elektrischer Impulse. Dabei liefert jedes Diodenelement einen Impuls, entsprechend der Intensität des einstrahlenden Lichts. Die Ortsauflösung des Bildes auf der Netzhaut hängt in erster Linie von der räumlichen Dichte des Dioden-Arrays ab. Dabei kommen Dioden-Arrays mit ca. 1500 Dioden auf einer Fläche von ca. 3x3 mm² zum Einsatz.

Die elektrischen Signale des Arrays werden dann durch die im Mikrochip integrierte Schaltung verstärkt und durch die Stimulations-Elektroden an die intakten Nervenzellen der Netzhaut weitergeleitet. Die für den Verstärkungsprozess benötigte Energie wird von außen durch Infrarotstrahlung oder induktiv in das System eingekoppelt. Da die Photodioden und die Stimulations-Elektroden direkt nebeneinander auf dem Mikrochip angebracht sind, ist keine weitere Verarbeitung der Signale nötig.

Das Epiretinale Implantat

Das Epiretinale Implantat besteht aus

• Videokamera (üblicherweise in eine Brille integriert)
• Mikrochip
• Übertragungseinheit zur Übermittlung von prozessierten Kameradaten zum Implantat
• Stimulations-Elektroden-Array
• Energieversorgungseinheit

Das Implantat liegt auf der Netzhaut. Da der Glaskörper bei der Implantation routinemäßig entfernt wird, muss das Implantat an der Netzhaut fixiert werden.

Beim epiretinalen Implantat wird das Bild durch eine externe Videokamera aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt. Diese werden dann drahtlos an ein implantiertes Elektroden-Array übertragen, welches die Nerven in der Netzhaut entsprechend stimuliert. Der größte Nachteil des epiretinalen Implantats ist, dass das Bild nicht im Auge aufgenommen wird, sondern durch eine externe Kamera. Dadurch kann nicht die natürliche Beweglichkeit des Auges genutzt werden um die Umgebung zu erfassen. Es muss die Kamera gedreht werden um seine Änderung der Blickrichtung zu erreichen. Darüber hinaus erfolgt beim epiretinalen Implantat die Signalverarbeitung extern vor der Übermittlung der Signale zum Elektroden-Array während beim subretinalen Implantat die "Signalverarbeitung" vom Auge selbst durchgeführt wird. Dies führt zu einer erhöhten Komplexität des Systems.

Erste Systeme hatten Stimulations-Elektroden-Arrays mit nur wenigen Elektroden (8-16), inzwischen werden Arrays mit 60 und mehr Elektroden eingesetzt.

Literatur

• Javaheri M, Hahn DS, Lakhanpal RR, Weiland JD, Humayun MS. Retinal prostheses for the blind. Ann Acad Med Singapore. 2006 Mar;35(3):137-44. Review. PMID 16625261 (PDF)
• J.D. Loudin, D.M. Simanovskii, K. Vijayraghavan, C.K. Sramek, A.F. Butterwick, P. Huie, G.Y. McLean, and D.V. Palanker (2007). Optoelectronic retinal prosthesis: system design and performance. J Neural Engineering 4: S72–S84. (PDF)

Weblinks

• [e-mail]: Hoffnung für Blinde: Elektronische Sehhilfe in Aussicht.

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