עיניים / צילום: שאטרסטוק
מאה אלף איש יכולים היום ליהנות ממוצר שיחליף את רשתית העין וישיב להם את הראייה. יש מוצר כזה בשוק, בדמות שתלי ראייה. הוא נמכר מאז 2011 בארה"ב, על ידי חברה בשם Second Sight, והוא אפילו משופה על ידי חברות הביטוח במספר רב של מדינות בארה"ב. אבל עד היום נמכרו פחות מ-300 יחידות של המוצר. בישראל, ככל הידוע לנו, חיה רק אישה אחת שעברה את ההשתלה. הנתונים האלה מעידים שלמרות ההתקדמות בתחום הראייה הממוחשבת כתחליף לראייה טבעית, עדיין לא הכול פתור, ואפילו רחוק מכך.
הבעיה נעוצה ככל הנראה בכך שראייה באמצעות שתל תוך עיני היא שונה מאוד מראייה טבעית, גם אם היא גרועה. אחד המושתלים, אליאס קונסטנטונופולוס בן ה-74, סיפר למגזין הטכנולוגיה של MIT: "אם את עומדת מולי ואז את עוזבת, אדע זאת. אם אני מביט בעץ באור יום, אוכל לדעת שיש שם עצם גדול ומסביבו מרחב. אבל לא אוכל לדעת מה זה".
"עם שתל תוך-עיני רואים מעין פסי אור, רחוק מאוד מראייה אנושית", מסביר ד"ר עופר זיו ממכללת אפקה, "זה קצת דומה לראייה של לוח תוצאות במשחק כדורסל. אולי אפשר לראות חלון לעומת קיר, או לעבור דרך דלת, או להבחין בפנסים של אוטו מתקרב, או להבדיל בין כביש למדרכה. זה יותר טוב מכלום, מבחינת האפשרות להתנהל בחיים ולהתמצא".
בניגוד למכשירי השמיעה המושתלים בכבדי שמיעה, שגם הם אינם משיבים שמיעה באופן מלא, בתחום הראייה השתלים עדיין לא מפחיתים את התלות של עיוורים בעזרים חיצוניים.
זיו, שהיה חוקר בפרויקט Boston Retinal Implant Project המשותף לאוניברסיטאות הרווארד ו-MIT, חזר לישראל מסיבות אישיות-ציוניות, וגילה שהתחום בארץ לא מפותח עדיין, למרות היכולות הישראליות בתחום ההנדסה הביו-רפואית ועיבוד האותות - יכולות חשובות לפיתוח שתל המשחזר ראייה. במטרה לקדם את התחום, ערך לפני כחודש כנס בהשתתפות גורמים מובילים בעולם, ולדבריו יש רק כמה עשרות חוקרים בתחום.
60 פיקסלים מתוך מיליונים
בעין האנושית יש כ-125 מיליון "פיקסלים", תאים הקולטים את האור, כל אחד בדרכו, ומסייעים לנו ליצור תמונה מדויקת של המרחב התלת-ממדי. החוקרים עדיין לא לגמרי יודעים אילו פיקסלים מתוך המיליונים יש לגרות כדי ליצור במוח תמונה קוהרנטית.
"דרושים כ-3,500 פיקסלים כדי לזהות פנים על רקע חלק, וכפליים מכך כדי לזהות אותם כשהרקע רועש", אומר פרופ' דניאל פלנקר מאוניברסיטת סטנפורד, מהחוקרים המובילים בעולם בתחום שחזור הראייה ואחד המשתתפים בכנס. פלנקר מתכוון לזיהוי פנים מקרוב יחסית. כמה פיקסלים יש בשתלי הראייה? בשתלים הראשונים היו 16 אלקטרודות בלבד, וגם הן לא גירו את העצבים בצורה מדויקת. בשתלים המתקדמים היום יש 60 פיקסלים.
זו רק אחת הבעיות בטכנולוגיה. בעיה אחרת היא אספקת אנרגיה לשתל בתוך העין, מאחר שהשתל קטן מכדי להכיל סוללה, וישנו אתגר ביצירת ראייה רציפה, המקבילה בתחום הצילום לווידאו. "המידע שמגיע לעין הוא רועש מאוד, ואילו כל אחד מאיתנו רואה תמונה ברורה, לא רועשת, הודות לעיבוד מורכב של המידע במוח", אומר זיו. "המוח לא מאפשר לכל המידע לעבור. דרושה כמות מסוימת של אור כדי לגרות את התאים בעין המגיבים לאור, אותם 'פיקסלים' על הרשתית, אבל דרושה כמות אור גדולה פי 100 בערך כדי שהסימן הזה יעבור לתאים הבאים. זה חלק מהסינון שהמוח עושה כדי שהראייה תהיה ברורה. בשתלים, נהוג לתרגם את התמונה לפולס מאוד חזק, אבל התוצאה היא שמציפים את העין באור, על חשבון הדיוק. לכן המושתל רואה תמונה שאינה דומה לתמונה רגילה, אלא נקודת אור בהירה שאפשר לחבר לעוד נקודה ועוד נקודה, כך שניתן להבחין בהבדל בין חלון לקיר".
ובכל זאת, עצם העובדה שהמוצר אושר לשימוש ואנשים עברו את ההשתלה למרות הביצועים הנמוכים, מלמדת על הכמיהה לחזור לראות, גם בקנה מידה קטן.
מאבק להשאיר את השתלים
כיום, בעיות ברשתית העין וביכולת לקלוט את האור ולתרגמו לאות חשמלי הן המקור המוביל להפרעות ראייה בעולם המפותח, ובעיקר מחלת ה-AMD, שמתאפיינת בהידרדרות מצב הרשתית עם הגיל. בדרך כלל, תחילה אובדים תאים במערכת במרכז העין, האחראית לראיית מרכז השדה באור וצבע ולראייה חדה, ורק בשלב מאוחר יותר אובדים תאים בפריפריה של העין ואיתם היכולת להתנהל במרחב.
לכאורה, נראה שהבעיה ניתנת לפתרון: נקלוט את התמונה דרך מצלמה, נגלה איזה "פיקסל" ברשתית מייצג איזה חלק בתמונה במציאות, ובמקום שהפיקסל הזה יגרה את העצב שאחריו עם אות חשמלי, נעשה זאת באמצעות אלקטרודות. ובכן, רעיונות (מצוינים) לחוד ומציאות - לא "לחוד" אבל הרבה יותר מורכבת.
"התחום נחלק היום לשתי גישות", אומר זיו. "בגישה של Second Sight, יש מצלמה חיצונית, המורכבת על משקפיים לדוגמה ומעבירה מידע לרכיב מעבד המושתל מאחורי האוזן, מתחת לעור. הרכיב הזה נטען באופן אלחוטי ממטען חיצוני, ומקבל את המידע החזותי באופן אלחוטי מהמצלמה. הוא מעביר אותו לאלקטרודות המושתלות מעל הרשתית, היכן שנמצאים התאים הפוטו-וולטאיים הלא מתפקדים. האלקטרודות מגרות את השכבה השנייה של התאים ברטינה, אלה שלא נפגעו. למעשה, האלקטרודות מושתלות רק על חלק קטן מהרטינה, וזו אחת הסיבות לרזולוציה הנמוכה, אך זה מתחייב ממורכבות הניתוח וממורכבות עיבוד המידע.
"הגישה השנייה היא המצלמה שמפתח פרופ' פלנקר. היא אינה כוללת רכיב חשמלי בכלל, אלא מטריצה של תאים פוטו-וולטאיים, כמו אלה שמשמשים בקולטני שמש על גגות הבתים, אבל זעירים מאוד. מצלמה חיצונית קולטת את התמונה, מעבדת אותה כך שתהיה חדה וברורה יותר, ומקרינה אותה לתוך העין. התאים הפוטו-וולטאיים קולטים את האור, ממש כאילו היו תאי הרטינה המקוריים, והופכים אותו לחשמל. אין צורך במקור חשמל חיצוני, וגם אין צורך שהפיקסלים יתקשרו זה עם זה. כל אחד מהם יכול לעבוד בנפרד".
המוצר הזה נמצא עדיין בשלב ניסיוני מאוד וטרם הושתל בבני אדם, אולם התוכנית היא להגיע לרזולוציה גבוהה הרבה יותר. להערכת פלנקר, ניתן יהיה להגיע לרזולוציה של מאות פיקסלים או יותר, וכך הראייה תהיה דומה יותר לראייה טבעית, גם אם רק בחלק קטן יחסית של העין.
התקן הפועל באותו עיקרון אך תלוי גם במקור אנרגיה חיצוני, והרזולוציה בו מגיעה לעשרות פיקסלים בלבד, פותח על ידי חברה גרמנית והושתל לניסיון בכמה עשרות מטופלים. רשות המכשור הרפואי האירופית התנתה את הניסוי בכך שבסיומו השתלים יוסרו, אולם שני מטופלים סירבו ויצאו למאבק בדרישה להשאיר את השתלים. "בכל זאת הם תרמו להם משהו", אומר זיו. יתר המטופלים כנראה לא חשבו שהתועלת שווה את המאבק.
"מיפוי הראייה במוח משתפר"
לדברי זיו, אחת השאלות שנותרה פתוחה לגבי כל השתלים היא אילו אותות בדיוק צריך להעביר כדי שהמוח יבין שמדובר בראייה. "כמה קבוצות חוקרים נואשו מלחבר את השתל לתוך העין במקום הרטינה, והם בוחנים אפשרות לגרות ישירות את אזור הראייה במוח", הוא אומר. "היתרון העצום כאן הוא שגירוי כזה מתאים לסוגים רבים יותר של עיוורון. גם אם למישהו אין בכלל עין, או שישנה פגיעה בעצב הראייה המרכזי המעביר מידע מהרשתית למוח, גישה כזו יכולה לעזור לו".
למרבה ההפתעה, אזור הראייה במוח נגיש יותר להשתלה מאשר פנים העין. "זה ניתוח יותר פשוט", אומר זיו. "מורידים את החלק האחורי של הגולגולת והנה - כל אזור הראייה של המוח גלוי. הרי מה הסיכון והמורכבות של ניתוחי מוח? בעיקר להגיע למקום הנכון. רקמת המוח האחראית על הראייה נמצאת בחלק החיצוני ביותר של המוח, ולכן היא נגישה".
עם זאת, האתגר הוא כפול ומכופל, משום שעד שהמידע מגיע מהעין למוח, הוא עובר מגוון עיבודים ושינויים, וכדי להציג לחלק זה של המוח אותות חשמליים שהוא יוכל לעבוד איתם, יש צורך להבין כיצד המוח מעבד את גירויי הראייה בכל השלבים בין העין לאזור הראייה האחורי.
בעבר, ראיינו כאן את ד"ר חמוטל סלובין מאוניברסיטת בר אילן, החוקרת כיצד המידע החזותי מיתרגם למידע במוח. חלק מהסודות של התהליך הזה מתפענחים בהדרגה, אך חלק נותרו מסתוריים מאוד. זיו אופטימי: "המיפוי של הראייה במוח משתפר יותר ויותר. שיטות הגירוי הללו כבר נמצאות בניסויים בבעלי חיים, אפילו בקופים".
קבוצת חוקרים מהטכניון, שבראשה עומד פרופ' שי שהם, פיתחו שיטה חדשנית נוספת שעוקפת את הצורך בשתל על הרשתית. באמצעות הנדסה גנטית של תאי עצב הראייה (אלה שבעין הבריאה מקבלים את האותות מן הרשתית), ניתן להחדיר באמצעותם רכיבים שהופכים אותם לרגישים לאור. כך הופכים את תאי עצב הראייה למקבלי המסר האופטי באופן ישיר. המחקר הזה נמצא עדיין בשלבים מוקדמים, שכן יש לפתח את שיטת השינוי הגנטי, לוודא כי אפשר לגרום לתא להגיב לאור, וכן להבין מה העיבוד שעוברת התמונה בין הרשתית לבין עצב הראייה, כדי לשדר לו דפוס-אור קוהרנטי. לאחר מכן, יש למצוא את הדרך להקרין את האור לעצב הראייה, שאיננו חשוף.
לראות באמצעות הלשון
להגדרה של "שחזור ראייה" יש גבולות מעט מעומעמים. איך למשל הייתם מתייחסים להמצאה הבאה: הלבשת הראייה על חוש אחר. קיימים כמה פיתוחים כאלה, כמו Brainport שכבר ניתן להשיג באופן מסחרי, המתרגם תמונה ממצלמה לדקירות קטנות על הלשון. עם הזמן, המשתמשים לומדים לתרגם את המפה שנוצרת על הלשון לתמונה של המתרחש במרחב. המצאות אחרות מציגות אותה מפה לא על הלשון אלא על הגב, או באמצעות מוזיקה, המייצגת את המרחב החזותי. זה נשמע כמנגנון שעוזר בהתמצאות לא פחות מאשר לראות דלת מוארת בקווים כלליים מאוד. כמובן, רק עבור מי שמצליח לעבור את ההכשרה וללמוד את הקשר בין המפה הלשונית למרחב שבו הוא נמצא.
"גם אנחנו פיתחנו באפקה מקל הליכה לעיוור, שחש את הסביבה ובעקבות זאת רוטט, זז ומצפצף באופן שמדגים למשתמש בדיוק מה קורה סביבו", מספר זיו. "זה כמובן לא אמצעי שחזור ראייה, אך הוא עוזר מאוד למשתמשים ועולה כמה עשרות דולרם לכל היותר", לעומת מאות אלפי דולרים לשתלי הראייה. אלא שכרגע המוצר, בדרגת אבטיפוס מוגמר, יושב על המדף, ואין מי שיפתח אותו. הוא גם לא מאפשר קריאה או זיהוי פנים - רק התמצאות.
ומה הכי חשוב לעיוורים? זה אולי מפתיע, אבל מבחינת העיוורים התמצאות במרחב היא הדרישה מספר אחת. "קיבלנו מהם בכנס הנוכחי כמה פידבקים מאוד חשובים", אומר זיו. "האחד הוא שהתמצאות במרחב היא הנושא הקריטי ביותר, בעוד שקריאה וזיהוי פנים יכולים לחכות עוד קצת. זה שונה קצת מתפיסת העולם של החוקרים והמהנדסים שעוסקים בתחום. הפידבק הנוסף נגע לציפיות שלא התממשו סביב שתלי הראייה. היום חלק מהמושתלים בעולם אומרים שהניתוח לא היה שווה את המאמץ וההשקעה. אחרים אומרים שהיה שווה, מאוד. מה שבטוח הוא שההבטחה שהוצגה בתקשורת הייתה מעל ומעבר למה שהתחום הצליח עד כה לספק.
האם בעתיד ניתן יהיה להשתמש בשתלי הראייה גם לשידור תמונה לא מציאותית ישירות למוח?
"צחקנו על זה לא מעט בכנס. שאלנו את עצמנו איך אדם יכול לדעת אם מה שמשודר לו הוא המציאות. אפשר גם להקרין סרט ממחשב. ואולי אפשר יהיה לסובב את המצלמה גם אחורה ואז דווקא לעיוורים יהיו 'עיניים בגב'.
"בחנו לא בצחוק את האפשרות שהמצלמה צריכה לשדר בכלל אור אינפרה-אדום, כי אותו יותר קל לקלוט ולפעמים הוא מעביר מידע יותר חשוב. אני מאוד זהיר מלקבוע איזה שתל הוא טוב ואיזה לא טוב, כי אני לא עיוור, אני לא יודע לקבוע מה אדם עיוור צריך. אני יכול לומר לו מה אני יכול לתת לו ולראות את תגובתו. ככל שהמודעות תגדל, יתהדק הקשר בין המשתמשים לקהילת המפתחים וזה יקדם את התחום".
טכנולוגיה של סמארטפונים בשתל ראייה
שחזור ראייה מוצלח תלוי מאוד בחומרה של השתל בתוך העין, אבל גם בחומרה של המצלמה. לדברי פרופ' אלי פלי מבית הספר לרפואה של הרווארד, "פרוטזה ראייתית היא בעלת רזולוציה נמוכה, שדה ראייה קטן וסקאלת צבעים של שחור-לבן בלבד, ובתנאים כאלה מאוד קשה לזהות עצמים. אנחנו רוצים לשפר את המצלמה שמעבירה את התמונה לשתל. כלומר, לא את המצלמה עצמה, אלא את הרלוונטיות של התמונה שיוצאת ממנה".
לדברי פרופ' פלי, כאשר יש רקע מורכב מאחורי אובייקט, לדוגמה, איש ומאחוריו עץ ואז בניין, העין באופן טבעי יודעת להגדיר את הגבולות של כל אחד מהעצמים, להתרכז במה שמעניין אותה ולהוציא את היתר מהפוקוס.
"אנחנו משתמשים בטכנולוגיה מסחרית בשם 'לייט פילד', שיודעת לעשות פוקוס גם אחרי שרוכשים תמונה. הטכנולוגיה הזאת פותחה תחילה עבור סמארטפונים, אבל כיום היא קיימת רק במצלמות מסחריות יקרות.
"אנחנו משלבים אותה במצלמה של השתל הראייתי כדי להקרין על הרשתית המלאכותית רק את הדמות שבפוקוס ולא את הרקע.
"עיבוד נוסף שלנו קשור לעובדה שכשמסיטים את הראש מצד לצד, התמונה משתנה כתלות במרחק. חפצים קרובים יזוזו פחות וחפצים רחוקים יזוזו יותר. זו אחת הדרכים שבהן אנחנו אומדים מרחק.
"השתמשנו במאפיין הזה של חפצים רחוקים וקרובים כדי להבין מהו החפץ הקרוב וכך להגביר את המיקוד עליו, ולעומת זאת להזניח את הרקע. באמצעות שימוש בגישה הזאת, משתמשי השתל שיפרו את זיהוי העצמים הקרובים. ללא רקע בכלל הזיהוי היה 40%. עם רקע שרלוונטי לחיים האמיתיים, הזיהוי היה 14% בלבד, אבל עם שיטת העיבוד שלנו באמצעות תנועה, הזיהוי היה כבר 26%.
"אם פרופ' פלנקר אכן יצליח במשימתו לפתח שתל של 8,000 פיקסלים, אנחנו מאמינים שאפשר יהיה לזהות 50% מהעצמים גם בסביבה רועשת, ועוד יותר עם הטכנולוגיה שלנו".