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  • Le point sur les rétines artificielles

    Posté le 18 septembre 2011

    Les scientifiques essayent de créer des prothèses visuelles depuis les années 1970.

    Au printemps dernier, une étape cruciale a été atteinte lorsque les régulateurs européens ont approuvé le premier oeil bionique commercial. L’Argus II, un appareil créé par l’entreprise californienne Second Sight, comprend une caméra intégrée à une paire de lunettes. Les signaux de la caméra sont transmis à une grille d’électrodes de 6×10 pixels attachée à l’arrière des yeux du sujet. Les électrodes stimulent les neurones de la rétine qui envoient des signaux secondaires par le nerf optique jusqu’au cerveau. Une image de 60 pixels peut paraitre bien peu mais cela permet aux patients de distinguer 8 couleurs différentes ou de lire des phrases courtes écrites avec de gros caractères. Comme pour toute technologie, le prix de 100 000 dollars de l’Argus II devrait baisser et la résolution augmenter.

    Les chercheurs testent déjà des rétines artificielles qui ne requièrent pas de caméra externe. Au lieu de cela les photons frapperont directement les zones photo-sensibles de l’oeil. L’entreprise Optobionics basée dans l’Illinois a fabriqué de modèles expérimentaux contenant 5000 capteurs.

    La rétine humaine contient 127 millions de photorécepteurs qui s’étalent sur 1100 millimètres carré. En comparaison, les détecteurs des meilleures caméras comportent 16,6 millions de capteurs sur 1600 millimètres carré.

    Mais un empilage de pixels ne suffira pas pour restituer la qualité visuelle de l’oeil humain. Pour créer une véritable rétine artificielle, explique Richard Taylor (Physicien de l’Université de l’Oregon), les ingénieurs et neuroscientifiques devront apporter quelque chose de beaucoup plus sophistiqué qu’une caméra implantée.

    On pourrait penser aux yeux comme à des caméras biologiques, et ils le sont à certains égards. Lorsque la lumière passe à travers notre pupille, elle produit une image inversée sur noter rétine. La lumière qui entre par une caméra fait la même chose. Les yeux et les caméras ont des lentilles qui ajustent le chemin de la lumière entrante pour créer l’image la plus nette possible. Grâce à la révolution du numérique les caméras ressemblent de plus en plus à des yeux humains. Au lieu de capturer la lumière sur un film, les appareils photos et caméras numériques utilisent une grille de photodiodes photosensibles qui fonctionnent à peu près comme les photorécepteurs de l’oeil.

    Mais dès que vous regardez les choses de plus près les similitudes disparaissent. Les ingénieurs fabriquent des photodiodes sous forme de minuscules carrés et les répartissent sur des grilles avec un espacement régulier. La plupart des rétines artificielles ont le même design, avec des impulsions transmises à partir des photodiodes jusqu’aux neurones à travers une grille rectangulaire d’électrodes. Le réseau de neurones de la rétine, quant à lui, ressemble à des flocons de neiges qui remplissent la rétine dans des motifs tourbillonnants. Lorsque des chirurgiens positionnent la grille sur la rétine, plusieurs connexions ne peuvent pas entrer en contact avec un neurone à cause de cette différence.

    Les photorécepteurs naturels sont groupés. La plupart de ce que nous voyons passe par une zone de la taille d’une tête d’épingle qui se situe au centre de la rétine : la fovéa.

    La fovéa est remplie de photorécepteurs. Notre vision très nette du monde vient de la lumière qui atteint cette zone. La lumière qui arrive au-delà de la fovéa produit les images périphériques floues. Une caméra, en revanche, possède des photodiodes réparties uniforméments sur tout le champ.

    Lorsque nos yeux capturent la lumière, les neurones de la rétine traitent l’information visuelle avant de la relayer au cerveau.

    Pour le moment, les scientifiques ne peuvent que spéculer sur la vision qui serait obtenue avec le port d’une rétine artificielle contenant des millions de récepteurs répartis sur une grille. Mais un tel appareil ne rétablirait pas l’expérience de la vision humaine quelque soit le nombre d’électrodes qu’il contiendrait. Sans le traitement sophistiqué de la rétine, il pourrait ne fournir au cerveau qu’un flux rapide et confu d’informations.

    Des yeux artificiels simplistes pourraient également causer un stress. Taylor en est arrivé à cette conclusion en demandant à des personnes de regarder différents motifs, certains simples et d’autres fractals puis de décrire leur sentiment sur ces images. Il a mesuré les signes physiologiques du stress comme l’activité électrique de la peau. Les images fractales abaissaient le niveau de stress de 60%. Taylor pense que cet effet calmant est en rapport au fait que les mouvements de nos yeux sont fractals. Il est intéressant de noter que les images naturelles telles que des forêts ou des nuages sont souvents fractales. Les arbres ont de grosses branches sur lesquelles poussent des branches sur lesquelles poussent des feuilles. Notre vision est adaptée au monde naturel.

    Une rétine artificielle qui imiterait les détecteurs d’une caméra numérique permettrait vraisemblablement aux gens d’obtenir une vision uniforme sur tout leur champ visuel (il n’y aurait pas de zone floue). Il ne serait pas nécessaire de bouger les yeux autour de motifs fractals pour collecter l’information visuelle donc il n’y aurait pas d’effet antistress.

    La solution impliquerait des rétines artificielles qui sont beaucoup plus proches du fonctionnement de véritables yeux. Les capteurs de lumière seraient programmés avec un feedback intégré qui rendrait plus nets les bords des objets pour fournir plus de détail au centre. Il pourrait être possible de surmonter l’inadéquation entre les électrodes et les neurones irréguliers. Taylor développe de nouveaux types de circuits qu’il espère incorporer dans la future génération d’oeils artificiels. Son équipe a créé ces circuits pour qu’ils se embranchent spontanément en structures que Taylor a surnommées nanofleurs. Malgré le fait que les nanofleurs ne correspondent pas exactement aux neurones des yeux, leur géométrie laisserait entrer la lumière de la même manière et permettra de contacter beaucoup plus de neurones qu’avec une simple grille.

    Le travail de Taylor est un rappel important permettant de se rendre compte des progrès accomplis par les scientifiques afin de rétablir la vision chez les aveugles mais aussi de comprendre le chemin qu’ils ont encore à parcourir. Le secret du succès sera de se rappeler de ne pas prendre la métaphore de la caméra trop sérieusement.

    D’après Discover Magazine

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