Американським вченим вдалося домогтися появи складних зорових образів через глибоку стимуляцію зорової кори. Для цього вони динамічно змінювали силу струму і тривалість стимуляції близько розташованих електродів так, щоб вони складалися в букви. Методику випробували на зрячих і незрячих пацієнтах з вживленими в потиличну частку електродами: і ті, і інші змогли розпізнати і намалювати букви на сенсорному екрані. Стаття опублікована в журналі.
У більшості випадків сліпота обумовлена прямими ураженнями сітківки ока або зорового нерва, а зорова кора та інші відділи, які можуть обробити візуальну інформацію, залишаються недоторканими. Відновити зір хоча б частково, тому, можна за допомогою прямої стимуляції зорових відділів - точно так само, як, наприклад, змушують рухатися кінцівки за допомогою прямої стимуляції моторної кори.
Зрозуміло, зробити це складніше: зорова кора набагато специфічніша, ніж моторна (втім, і вона влаштована непросто). У зорової кори, однак, є досить важлива для можливої стимуляції особливість: нейрони в ній розташовані ретинотопічно - їх активність просторово повторює те зображення, яке потрапляє на сітківку.
Цією особливістю у своєму дослідженні скористалися вчені під керівництвом Деніела Йошора (Daniel Yoshor) з Бейлорського медичного коледжу. У їх експерименті взяли участь троє зрячих пацієнтів з епілепсією і двоє сліпих пацієнтів, в потиличну (ту, де знаходиться зорова кора) область яких була імплантована пластина з 24 електродів. Вчені припустили, що послідовна стимуляція кожного з них призведе до формування в учасників зорового образу - фосфену.
Вчені почали зі стимуляції двох близькорозташованих електродів тривалістю в 100 мілісекунд, частотою в 60 герц і різною силою струму. Під час стимуляції (на цьому етапі вчені стимулювали зорову кору одного незрячого пацієнта) учасника просили зображати образи на сенсорному екрані. Калібрування показало, що фосфен у правому верхньому кутку зорового поля з'являється при стимуляції струмом у 4 мільйампери через правий верхній електрод, а фосфен у лівому верхньому кутку - при стимуляції відповідного електрода струмом силою 3,6 мільйампера.
Цікаво, що, варіюючи подачу струму в двох електродах, вченим вдалося домогтися появи фосфенів між початковими двома: наприклад, стимуляція правого електрода струмом у 2 міліампери, а лівого - в 1,8 мільйампера призводила до того, що фосфен з'являвся рівно посередині. Вчені зробили висновок, що домогтися появи фосфенів можна не тільки стимулюючи фізичні електроди, але і «віртуальні», проміжні електроди - змінюючи силу струму двох прилеглих електродів.
Така стимуляція, однак, призводить до точкової появи фосфенів. Щоб фосфени з'являлися безперервно, вчені змінювали силу струму динамічно в п'яти розташованих поруч електродах: стимуляція кожного електрода займала 120 мілісекунд і була накладена один на одного так, щоб стимуляція всіх п'яти тривала 400 мілісекунд. При такій стимуляції учасники малювали на сенсорному екрані безперервну лінію - так як «бачили» вони саме її.
Нарешті, вчені провели тест на розпізнавання зорових образів. Як стимули вибрали букви: дослідники стимулювали електроди на пластині так, щоб стимуляція призводила до літери, що динамічно з'являється, а пацієнтам необхідно було її визначити і намалювати. І зрячі, і незрячі учасники із завданням впоралися - правильно визначали букву з точністю до 93 відсотків і могли правильно її зобразити - причому в деяких випадках форма літер насправді була схожа на розташування електродів на зоровій корі.
Щоб пояснити, чому вчені обрали динамічну стимуляцію, а не точкову, вони провели як приклад стимуляцію через дотики: розпізнати візерунок, намальований на шкірі безперервною лінією, набагато простіше, ніж той же візерунок, намальований точково. Автори роботи, тому, уклали, що використання динамічної стимуляції може бути перевагою при «відновленні» зору через зорову кору.
Незрозуміло, однак, чи можна буде домогтися появи більш складних фосфенів, наприклад, кольорових або об'ємних: вчені зазначили, що електроди в учасників були розташовані як у первинній, так і у вторинній зоровій корі, але при їх стимуляції різниці не було.
З іншого боку, появи більш складних зорових образів можна домогтися через стимуляцію веретеноподібної звивини: принаймні, на це вказує експеримент, проведений три роки тому. Тоді пацієнту з вживленими в цю область мозку електродами вдалося побачити веселку і обличчя там, де їх не було.