În timp ce Mark Humayun era student la școala de medicină în anii 1980, la Universitatea Duke din Durham, bunica lui a început să-și piardă vederea, din cauza complicațiilor provocate de diabet. Acesta a decis să caute soluții, prin intermediul tehnologiei, pentru a-și ajuta bunica să-și recapete vederea. El a petrecut următorii 20 de ani în căutarea unei proteze oculare.
Acea călătorie l-a condus, în cele din urmă, pe Humayun, să inventeze proteza retiniană Argus II, aprobată în anul 2013 de Administrația de Medicamente și Alimente, din SUA. Primul dispozitiv implantabil pentru persoanele cu afecțiuni neurodegenerative retiniene, a ajutat peste 300 de pacienți din întreaga lume, pentru care nu a existat un tratament previzibil.
Humayun, profesor de oftalmologie și inginerie biomedicală în cadrul Universității de Sud a Californiei, din Los Angeles, a proiectat proteza Argus II cu alți trei membri din facultate, care a înlocuit prima variantă a acesteia, numită Argus. El este, de asemenea, director al Institutului Ginsburg de Terapie Biomedicală.
Pentru munca sa, Humayun este beneficiarul medaliei IEEE, pentru inovații în tehnologia asistenței medicale, din anul 2020. Premiul sponsorizat de IEEE, Departamentul Societății de Inginerie a Biologiei și Medicinei, o să fie prezentat în timpul ceremoniei anuale de onoare a IEEE, din cadrul ceremoniei IEEE Vision Innovation Challenges, care va avea loc în data de 15 mai, în orașul Vancouver, din Canada.
Este singurul oftalmolog care a fost ales ca membru al Academiei Naționale de Medicină, dar și al Academiei Naționale de Inginerie.
Gama de 60 de electrozi, parte a implantului, este plasată chirurgical în partea din spate a ochiului pacientului, conectându-l la neuronii rămași ai retinei.
Printre numeroasele recompense pe care Humayun le-a primit pentru Argus II și pentru inovațiile aduse în tehnologia asistenței medicale, se numără și Medalia IEEE. În anul 2016 a primit o medalie națională pentru contribuțiile aduse tehnologiei și inovării din SUA, primită din partea președintelui Barack Obama.
„Este foarte plăcut, atunci când colegii de serviciu îți apreciază munca”, spune Humayun. „Am trăit un sentiment unic, atunci când președintele Statelor Unite ale Americii mi-a oferit premiul național. A fost unul dintre cele mai importante momente ale carierei mele”, adaugă el.
Calea spre dezvoltarea Argus II nu a fost ușoară.
„La început, nimeni nu a crezut în acest proiect”, spune Humayun. „A durat mai bine de un deceniu, pentru a construi echipa cu care lucrez acum și pentru ca doctorii și inginerii să prindă încredere în tehnologie”, adaugă el.
Găsirea inspirației
Două proiecte de cercetare, care au implicat folosirea electrozilor au inspirat tehnologia din spatele protezei retiniene Argus II.
În timp ce investiga modul în care tehnologia ar putea să o ajute pe bunica să-și recapete vederea, Humayun a descoperit cercetări, care au fost efectuate cu privire la cauzele convulsiilor epileptice. Medicii au stimulat lobul occipital al pacientului, centrul de vedere al creierului, cu ajutorul electrozilor, în speranța determinării, dacă acea parte a creierului a provocat convulsiile.
„Când chirurgul a atins lobul occipital, pacientul a văzut o pată de lumină, chiar dacă acea pată nu exista”, spune Humayun. „Această descoperire m-a făcut să mă gândesc dacă este posibil să restabilesc vederea pacienților, prin stimularea electrică a lobului occipital”, continuă el.
În aceeași perioadă, s-a dezvoltat o altă inovație: implanturi cohleare, dispozitive electronice implantate chirurgical, care oferă persoanelor care și-au pierdut auzul sau celor care au deficiențe de auz, un simț al sunetului. Implanturile folosesc electrozi, pentru a stimula nervul auditiv.
O reprezentare digitală a Argus II, incluzând componenta utilizată și implantul.
Proteza retiniană Argus II nu este capabilă să restabilească vederea complet, dar poate reda o perspectivă funcțională a vederii, și anume: capacitatea de a vedea limitele obiectelor, contururile obiectelor și a oamenilor, ceea ce îi poate ajuta să se orienteze mai ușor, în mediul înconjurător.
Cum ajută Argus II pacienții să poată vedea?
Argus II este format din componente portabile și un implant. Dispozitivul, care ocolește celulele care detectează lumina din ochi, poate fi folosit de pacienții cu vârsta începând de la 25 de ani în sus, care nu au nervii optici deteriorați. Dacă un nerv optic este deteriorat, acesta nu poate fi stimulat de către implant, așa cum se întâmplă în cazul afecțiunii oculare numite glaucom sau a altor afecțiuni.
Implantul include o bobină receptoare, o antenă, care este plasată sub mușchii din jurul ochiului și o matrice cu 60 de electrozi. Matricea este plasată chirurgical, în spatele ochiului pacientului, conectându-l la neuronii rămași ai retinei. Acesta trimite informații către centrul vizual al creierului, prin intermediul nervului optic.
Pentru a reda informațiile de care implantul are nevoie pentru formarea unei imagini, pacientul poartă ochelari, care conțin o cameră fotografică în miniatură, care surprinde scena înregistrată, în timp real. Aceste informații sunt transmise prin tehnologia wireless către un procesor, de dimensiunea unui telefon mobil, acesta putând fi purtat pe o centură sau transportat în buzunar. Procesorul transformă videoclipul în instrucțiuni, care sunt transmise wireless, implantului. Electrozii implantului stimulează apoi retina, permițând pacientului să descifreze imaginea camerei, capturate sub forma unor sclipiri de lumină.
După realizarea acestei investigații, pacienții beneficiază de ședințe cu ergoterapeuți sau cu kinetoterapeuți pentru a-i ajuta să se adapteze la noul stil de viață. De asemenea, pacienții sunt obligați să se întoarcă periodic la oftalmolog, pentru a-și actualiza software-ul și dispozitivele electronice ale sistemului.
Provocări suplimentare
Când Humayun și echipa sa au început pentru prima oară să dezvolte proiectul Argus, au întâmpinat multe probleme legate de sistemele hardware și software. ,,Cum să facă un dispozitiv care să nu se deterioreze nimic în interiorul ochiului? Și ce fel de impulsuri electrice pot forma o imagine?”, s-au întrebat ei.
După o cercetare continuă, timp de 15 ani, echipa a început studiile clinice în anul 2007, testând tehnologia pe pacienți, timp de 30 de minute, fără să o implanteze. Primul pacient a putut vedea, pentru prima dată, în prima ședință de testare, după ce a fost orb, timp de 50 de ani.
„Confesiunea primului pacient care a văzut pentru prima dată un punct de lumină a fost un moment definitoriu pentru mine, dar și pentru proiect”, spune Humayun.
După ce s-a răspândit știrea, că testul a avut succes, mai mulți ingineri, medici și oameni de știință s-au alăturat echipei lui Humayun, care, acum, are peste 200 de oameni.
Humayun a mărturisit faptul că apartenența sa la Institutului de Inginerie Electrică și Energetică (IEEE), l-a ajutat să crească gradul de conștientizare al oamenilor, față de activitatea sa. „Organizația m-a ajutat să colaborez cu ingineri din diferite domenii de cercetare, precum cel biomedical, electric, industrial și mecanic”, declară el.
Doi membri din cadrul IEEE, care s-au alăturat echipei lui Humayun au avut un rol esențial în succesul său, numele acestora fiind Gianluca Lazzi și James Weiland. Lazzi este profesor inginer, specializat în antene și comunicații wireless. Weiland este profesor de bioinginerie și oftalmologie în cadrul Universității Michigan, din orașul Ann Arbor.
„Mark a realizat lucruri extraordinare la intersecția dintre inginerie și medicină, în cariera sa”, spune Lazzi. „Contribuțiile sale de pionierat, în domeniul vederii artificiale, sunt atât de unice, fundamentale și vizionare, încât au creat o schimbare de paradigmă în diferite domenii. Sunt incredibil de încântat de ceea ce urmează”, continuă el.
