Yapay Görüş Nasıl İşlev Görür?

Gözlük takılsa bile, göme yeteneği muhtemelen bir sayfadaki küçük harfleri tanıyabilecek kadar iyidir. Çoğu bilgisayar ekranındaki metin yaklaşık 3 milimetre uzunluğunda ve 2 mm genişliğindedir (12 x .08 inç). Bu tek cümleyi okurken, muhtemelen her saniye gözlerin topladığı binlerce görsel bilgiden habersizdir. Film çekimlerinde görüntüleri yakalamak için bir kameranın yaptığı gibi sadece retinada, ışığa tepki veren fotoreseptörler olarak görev yapan milyonlarca hücre çalışmaktadır.
Retina, gözün arka duvarını kaplayan ince bir sinir dokusu tabakasıdır. Bu hücrelerin bir kısmı ışık almak için hareket ederken, diğerleri bilgiyi yorumlar ve optik sinir yoluyla beyne mesajlar gönderir ve bu, görmeyi sağlayan sürecin bir parçasıdır. Hasarlı veya işlevsiz retinalarda, fotoreseptörler çalışmayı durdurarak körlüğe neden olur. Bazı tahminlere göre, dünya çapında görme kaybına yol açan retina hastalıklarından etkilenen 10 milyondan fazla insan vardır. Şimdiye kadar, retina hastalığına karşı görüşlerini kaybedenlerin onu geri kazanma umudu çok azdı. Ancak teknolojik gelişmeler çoğu görme yeteneğini geri verebilmektedir. Birkaç bilim adamı grubu, yapay görme yaratabilen silikon mikroçipler geliştirmişlerdir. Bu yazıda, retinanın nasıl çalıştığını ve retina hastalığından kaynaklanan körlüğün neden artık görme kaybı anlamına gelmediği hakkında bilgiler yer almaktadır.

Retina Nasıl Çalışır?

Göz, vücuttaki en şaşırtıcı organlardan biridir. Yapay görmenin nasıl yaratıldığını anlamak için, nasıl gördüğümüzde retinanın oynadığı önemli rolü bilmek önemlidir. Bir nesneye bakıldığında ne olduğuna dair basit bir açıklama aşağıdaki gibidir:
• Nesneden saçılan ışık korneaya girer.
• Işık retinaya yansıtılır.
• Retina, optik sinir yoluyla beyne mesajlar gönderir.
• Beyin nesnenin ne olduğunu yorumlar.
Retina kendi içinde karmaşıktır ve gözün arkasındaki bu ince zar, görme yeteneğinin hayati bir parçasıdır. Ana işlevi görüntüleri almak ve beyne iletmektir ve bunlar, gözdeki bu işlevi gerçekleştirmeye yardımcı olan üç ana hücre türüdür. Bu üç ana hücre aşağıdaki gibidir:
• Çubuklar
• Koniler
• Ganglion hücreleri
Retinada gözün fotoreseptörleri olarak görev yapan yaklaşık 125 milyon çubuk ve koni vardır. Çubuklar, iki fotoreseptörden en çok sayıda olanıdır ve sayıları 18’den 1’e kadar olan konilerden fazladır. Çubuklar düşük ışıkta çalışabilir (tek bir fotonu algılayabilir) ve fazla ışık olmadan siyah-beyaz görüntüler oluşturabilirler. Yeterli ışık olduğunda, koniler bize nesnelerin rengini ve ayrıntılarını görme yeteneği verir. Koniler, bu makaleyi okumanıza izin vermekten sorumludur, çünkü yüksek çözünürlükte görmemize izin vermektedirler. Çubuklar ve koniler tarafından alınan bilgiler daha sonra retinadaki yaklaşık 1 milyon ganglion hücresine iletilir. Bu ganglion hücreleri, çubuklardan ve konilerden gelen mesajları yorumlar ve bilgiyi optik sinir yoluyla beyne gönderir. Bu hücrelere saldıran ve körlüğe yol açabilen bir dizi retina hastalığı vardır. Bu hastalıkların en önemlileri retinitis pigmentosa ve yaşa bağlı makula dejenerasyonudur. Bu hastalıkların her ikisi de retinaya saldırarak çubukları ve konileri çalışmaz hale getirerek ya periferik görme kaybına ya da tam körlüğe neden olmaktadır. Bununla birlikte, bu retina hastalıklarından hiçbirinin ganglion hücrelerini veya optik siniri etkilemediği bulunmuştur. Bu, bilim adamları yapay koniler ve çubuklar geliştirebilirlerse, bilgilerin yorum için beyne gönderilebileceği anlamına gelmektedir.

Yapay Görme Oluşturmak

Bilim adamlarının yapay görme oluşturmak için izledikleri mevcut yol 1988 yılında Dr. Mark Humayun’un retinanın arkasındaki sinir ganglionlarını elektrik akımı ile uyararak kör bir kişinin ışığı görmesi sağlanabileceğini gösterdiğinde sarsılmıştır. Bu test, retina dejenere olmuş olsa bile retinanın arkasındaki sinirlerin hala çalıştığını kanıtlamıştır. Bu bilgilere dayanarak, bilim adamları vizyonu geri yükleyebilecek görüntüleri ve elektrik darbelerini çevirebilen bir cihaz yaratmaya başlamışlardır. Günümüzde böyle bir cihaz, retina hastalığına karşı görme yetisini kaybetmiş milyonlarca insana ulaşmaya çok yakındır. Yapay silikon retina 2007 yılı itibariyle FDA klinik deneylerinde, [Optobionics (ASR), Groves tarafından geliştirilmiştir ve iki yıllık bir süre içinde 10 denekte görme yeteneğinde iyileşmeler sağlamıştır.
ASR, bir kurşun kalem silgisinin yüzeyinden daha küçük, son derece küçük bir cihazdır. Sadece 2 mm (.078 inç) çapa sahiptir ve insan saçından daha incedir. Mikroskobik boyutunun iyi bir nedeni vardır. Bu neden, yapay bir retinanın çalışabilmesi için yeterince küçük olması gerekir ki, doktorlar göz içindeki diğer yapılara zarar vermeden onu göz içine nakledebilsinler. Yapay retina araştırmalarındaki en önemli gelişme, Enerji Bakanlığı’nın Mark Humayun liderliğindeki Yapay Retina Projesi’ni yaratması olmuştur. ARP, nano boyutlu bir cihazı mükemmelleştirmek için çabalarını bir araya getiren bir kamu ve özel şirketler, üniversiteler ve araştırma laboratuvarları grubudur. 2002 yılından bu yana, altı kör gönüllü, açık, koyu ve büyük nesneleri algılamalarına yardımcı olma konusunda başarılı olan cihaza takılmışlardır ayrıca ARP’nin testte iki cihazı daha vardır.

Yapay Silikon Retina Nasıl Çalışır?

ASR, elektrik konik ve çubuk benzeri işlevi taklit ederek 3.500 mikroskobik darbe içeren güneş pillerini ışığa dönüştürebilir. Bu cihazı göze yerleştirmek için cerrahlar gözün beyaz kısmında bir iğne çapından daha büyük olmayan üç küçük kesi yaparlar. Bu kesilerden, gözün ortasındaki jeli çıkaran ve onu tuzlu su ile değiştiren minyatür bir kesme ve vakumlama cihazı sokar. Daha sonra, retinada, gözün arkasından retinanın bir kısmını yukarı kaldırmak için sıvıyı enjekte ettikleri bir nokta açıklığı açılır ve bu, cihazın sığması için subretinal boşlukta küçük bir cep oluşturur. Retina daha sonra ASR üzerinden yeniden mühürlenir. Herhangi bir mikroçipin çalışması için güce ihtiyacı vardır ve ASR ile ilgili şaşırtıcı olan şey, ihtiyaç duyduğu tüm gücü göze giren ışıktan almasıdır. Daha önce öğrenildiği gibi, göze giren ışık retinaya yönlendirilir. Bu, ASR implantı retinanın arkasına yerleştirildiğinde, göze giren tüm ışığı aldığı anlamına gelir. Bu güneş enerjisi, güç sağlamak için herhangi bir tel, pil veya diğer ikincil cihazlara olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır.
Kısmi görüşü geri kazandıracak başka bir mikroçip cihazı Johns Hopkins Üniversitesi, North Carolina Eyalet Üniversitesi ve North Carolina-Chapel Hill Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi tarafından geliştirilmektedir. Yapay retina bileşen çipi (ARCC) olarak adlandırılan bu cihaz, ASR’ye oldukça benzemektedir. Her ikisi de silikondan yapılmıştır ve her ikisi de güneş enerjisi ile çalışmaktadır. Ayrıca ARCC 02 mm (.00078 inç) kalınlığında 2 mm kare boyutunda çok küçük bir cihazdır ve bununla birlikte, cihazlar arasında önemli farklılıklar vardır. Retina dokusu katmanları arasına yerleştirilen ASR’nin aksine, ARCC retinanın üstüne yerleştirilir. Çok ince olduğu için, göze giren ışığın, çipin arkasındaki fotosensörlere çarpması için cihazdan geçmesine izin verilir. Ancak bu ışık ARCC’nin güç kaynağı değildir. Bunun yerine, bir çift gözlüğe bağlı ikinci bir cihaz, yönlendirici lazerin gücünü sağlayan bir güneş pilidir. Lazer, küçük bir pil paketi ile çalıştırılmalıdır.
Araştırmacılara göre ARCC, görme engelli hastalara bu sayfadaki tek bir harf büyüklüğünde olan 10’a 10 piksellik görüntüleri görme olanağı vermektedir. Bununla birlikte araştırmacılar, bir zamanlar kör olanların bir gazete okumasına izin verecek 250’ye 250 piksel dizisine izin verecek bir çip versiyonunu geliştirebileceklerini söylemişlerdir.

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu