視覚補綴

視覚補綴物はバイオニックアイとも呼ばれ、部分的または完全な失明者の機能的視覚を回復することを目的とした実験的な視覚装置です。多くの装置が開発されており、通常は1980年代半ばから使用されている神経補綴物の一種である人工内耳やバイオニックイヤー装置をモデルにしています。電流（例えば、網膜または視覚皮質を電気的に刺激する）を使用して視覚を提供するというアイデアは18世紀にまで遡り、ベンジャミン・フランクリン^[1]、ティベリウス・カヴァッロ^[2]、チャールズ・ルロイ^{[3]によって議論されました。}

バイオニックアイを介して盲人に視力を与えることができるかどうかは、視力喪失の状況によって異なります。現在開発中の視覚補綴物の中で最も普及している網膜補綴物（網膜へのアクセスのしやすさなどから）の場合、光受容体の変性（網膜色素変性症、脈絡膜ジストロフィー、地図状萎縮性黄斑変性）による視力喪失の患者が治療に最適な候補です。視覚補綴物のインプラントの候補者は、失明前に視神経が発達していれば、手術が最も成功します。生まれつき失明している人は、出生前に発達するのが一般的である視神経が完全に発達していない場合がありますが^[4]、神経可塑性により、インプラント後に神経と視力が発達する可能性があります^[要出典]。

視覚補綴物は、視力低下に苦しむ人々にとって潜在的に価値のある補助具として開発されている。EUで販売承認を受けた視覚補綴装置は3つだけである。^[5]南カリフォルニア大学（USC）眼科研究所^[6]で共同開発され、Second Sight Medical Products Inc.が製造したArgus IIは、販売承認（2011年に欧州でCEマーク）を受けた最初の装置である。他のほとんどの取り組みはまだ研究段階である。Retina Implant AGのAlpha IMSは2013年7月にCEマークを取得し、解像度が大幅に向上した。しかし、米国ではFDAの承認を受けていない。^[7]

2001年に南カリフォルニア大学ケック医科大学眼科の教授に加わったマーク・フマユン氏^[8]、現在カリフォルニア大学サンフランシスコ校のユージン・デジュアン氏、エンジニアのハワード・D・フィリップス氏、現在カリフォルニア大学ロサンゼルス校のバイオエレクトロニクスエンジニアのウェンタイ・リウ氏、現在セカンドサイトのロバート・グリーンバーグ氏は、アクティブ網膜上プロテーゼ^[9]の最初の発明者であり、 1990年代初頭にジョンズ・ホプキンス大学で急性患者の調査で原理を実証しました。 1990年代後半、グリーンバーグは医療機器起業家のアルフレッド・E・マン^{[11 ]と共同でセカンド・サイト[10]社を設立した。[11] : 35}彼らの第一世代のインプラントには16個の電極があり、2002年から2004年の間に南カリフォルニア大学のフマーユンによって6人の被験者に埋め込まれた。 ^{[11] : 35  [12]} 2007年、同社は第二世代の60個の電極を持つインプラント、Argus IIの試験を米国とヨーロッパで開始した。^{[13] [14]}合計30人の被験者が4か国10か所にわたる研究に参加した。2012年に発表された臨床研究の結果に基づき、^[15] 2011年春、 Argus IIはヨーロッパで商業利用が承認され、セカンド・サイトは同年後半に製品を発売した。 Argus IIは2013年2月14日に米国FDAによって承認されました。米国政府の3つの資金提供機関（国立眼研究所、エネルギー省、国立科学財団）がSecond Sight、USC、UCSC、Caltech、その他の研究機関での研究を支援してきました。^[16]

2002年にルーヴァン大学のクロード・ヴェラールが設計したこの装置は、眼球の奥にある視神経の周囲に巻き付ける螺旋状のカフ電極である。この電極は頭蓋骨の小さなくぼみに埋め込まれた刺激装置に接続されている。刺激装置は外部に装着されたカメラからの信号を受信し、その信号を電気信号に変換して視神経を直接刺激する。^[17]

埋め込み型小型望遠鏡は、真の能動的な義眼ではないが、加齢黄斑変性の末期の治療において一定の成功を収めている視覚インプラントの一種である。^{[18] [19] [20]}このタイプの装置は眼の後房に埋め込まれ、網膜に投影される像の大きさを（約3倍に）拡大することで機能し、中心にある暗点または盲点を克服する。^{[19] [20]}

2011年にVisionCare Ophthalmic TechnologiesがCentraSight治療プログラムと共同で開発したこの望遠鏡は、エンドウ豆ほどの大きさで、片方の目の虹彩の後ろに埋め込まれます。画像は、変性した黄斑の外側にある中心網膜の健康な部分に投影され、拡大されて、盲点が中心視力に与える影響を軽減します。2.2倍または2.7倍の拡大率で、もう一方の目は周辺視に使用しながら、中心視力の対象物を見たり識別したりすることができます。これは、インプラントを入れた目は、副作用として周辺視力が制限されるためです。手持ち式の望遠鏡とは異なり、インプラントは目と一緒に動くため、これが主な利点です。ただし、この装置を使用する患者は、最適な視力と近距離作業のために眼鏡が必要になる場合があります。手術の前に、患者はまず手持ち式の望遠鏡を試して、画像拡大のメリットがあるかどうかを確認する必要があります。主な欠点の一つは、白内障手術を受けた患者には眼内レンズが望遠鏡の挿入を妨げるため使用できないことである。また、挿入するには角膜に大きな切開が必要となる。^[21]

加齢黄斑変性症が進行または進行した患者に対する埋め込み型小型望遠鏡の有効性と安全性を評価することを目的としたコクランの系統的レビューでは、オリレンズ眼内望遠鏡を評価する進行中の研究が1件のみ見つかり、結果は2020年に発表される予定でした。^[22]

テュービンゲン大学眼科病院が率いる南ドイツのチームは、網膜下人工器官を開発するために、1995 年にエバーハルト・ツレンナーによって結成されました。このチップは網膜の裏側に配置され、入射光を集めてそれを電流に変換し、網膜神経節細胞を刺激するマイクロフォトダイオード アレイ (MPDA) を使用します。自然の光受容体はフォトダイオードよりもはるかに効率的であるため、可視光は MPDA を刺激するのに十分強力ではありません。したがって、外部電源を使用して刺激電流を強化します。ドイツのチームは 2000 年に生体内実験を開始し、ユカタン半島のマイクロブタとウサギから誘発皮質電位を測定しました。移植後 14 か月で、インプラントと周囲の網膜を検査しましたが、解剖学的完全性に目立った変化はありませんでした。インプラントは、テストした動物の半数で誘発皮質電位を生成することに成功しました。この研究で特定された閾値は、網膜上刺激に必要な閾値と同様でした。このグループからのその後の報告は、網膜色素変性症の11人の参加者を対象とした臨床パイロット研究の結果に関するものである。一部の失明患者は、文字を読んだり、未知の物体を認識したり、皿、カップ、カトラリーの位置を特定したりすることができた。^[23]患者のうち2人は、健康な対照群の参加者と同様のマイクロサッケードを行うことがわかり、眼球運動の特性はその患者が見ている刺激によって異なるため、眼球運動はインプラントによって回復した視力を評価するのに有用な指標となる可能性がある。^{[24] [25]} 多施設研究は2010年に開始され、1500個の電極を備えた完全にインプラント可能なデバイスAlpha IMS（Retina Implant AG、ドイツ、ロイトリンゲン製）が使用され、10人の患者が対象となった。予備的な結果はARVO 2011で発表された。^[要出典]英国での最初のインプラントは2012年3月に行われ、オックスフォード大学のRobert MacLarenとロンドンのキングス・カレッジ病院のTim Jacksonが主導した。^{[26] [27]デビッド・ウォンも}香港の患者にテュービンゲンの装置を移植した。^[28]

2019年3月19日、Retina Implant AGは、欧州の厳格な規制制度による革新に敵対的な環境と患者の満足のいく結果が得られなかったことを理由に、事業活動を中止した。^{[29] [30]}

マサチューセッツ眼科耳鼻科とMITのジョセフ・リッツォとジョン・ワイアットは、1989年に人工網膜の実現可能性の研究を開始し、1998年から2000年にかけて、視覚障害者のボランティアを対象に、概念実証のための網膜上刺激試験を数多く実施した。彼らはその後、網膜下刺激装置を開発した。これは、網膜下の網膜下空間に設置され、眼鏡に取り付けられたカメラから送信される画像信号を受信する電極アレイである。刺激チップは、カメラから送信される画像情報をデコードし、それに応じて網膜神経節細胞を刺激する。彼らの第2世代の人工網膜は、眼鏡に取り付けられた送信コイルから無線周波数フィールドを介してデータを収集し、それをインプラントに送信する。二次受信コイルは、虹彩の周りに縫合されている。^[31]

アラン・チョウとヴィンセント・チョウ兄弟は2002年に3500個のフォトダイオードを搭載したマイクロチップを開発しました。このフォトダイオードは光を検出して電気信号に変換し、健康な網膜神経節細胞を刺激します。ASRには外部に装着するデバイスは必要ありません。^[17]

元のオプトバイオニクス社は操業を停止したが、チョウはオプトバイオニクスの名前とASRインプラントを取得し、同じ名前で新しい会社を再編する計画を立てている。^[32] ASRマイクロチップは、直径2mmのシリコンチップ（コンピュータチップと同じ概念）で、それぞれに刺激電極を持つ「マイクロフォトダイオード」と呼ばれる約5,000個の微小な太陽電池が含まれている。^[32]

スタンフォード大学のダニエル・パランカーと彼のグループは2012年に光起電性網膜プロテーゼを開発した^[33]。これには網膜下フォトダイオードアレイとビデオゴーグルに搭載された赤外線画像投影システムが含まれる。ビデオカメラで撮影された画像はポケットPCで処理され、パルス近赤外線（IR、880〜915 nm）光を使用してビデオゴーグルに表示される。これらの画像は自然の眼の光学系を介して網膜に投影され、網膜下インプラントのフォトダイオードが各ピクセルで光をパルス二相性電流に変換する。^[34]各ピクセルのアクティブ電極とリターン電極の間の組織を流れる電流は近くの内側網膜ニューロン、主に双極細胞を刺激し、興奮性反応を網膜神経節細胞に伝達する。この技術はPixium Vision（PRIMA Archived 23 October 2018 at the Wayback Machine）によって商品化されており、臨床試験（2018）で評価されている。この概念実証に続いて、パランカー グループは現在、3D 電極を使用し、網膜下インプラントの空隙への網膜の移動の影響を利用して、50μm 未満のピクセルを開発することに注力しています。

バイオニック・ビジョン・テクノロジーズ（BVT）は、バイオニック・ビジョン・オーストラリア（BVA）の研究および商業化の権利を引き継いだ企業です。BVAはオーストラリアの主要大学や研究機関のコンソーシアムで、2010年からオーストラリア研究会議の資金提供を受けていましたが、2016年12月31日に活動を停止しました。コンソーシアムのメンバーは、バイオニクス研究所、ニューサウスウェールズ大学シドニー校、データ61CSRIO 、オーストラリア眼科研究センター（CERA）、メルボルン大学で構成されていました。他にも多くのパートナーがいました。オーストラリア連邦政府は、バイオニックビジョンテクノロジーの開発のために、4,200万ドルのARC助成金をバイオニックビジョンオーストラリアに授与しました。^[35]

BVAコンソーシアムがまだ一緒にいた頃、チームはアンソニー・バーキット教授が率いており、2つの人工網膜を開発していました。1つはワイドビューデバイスとして知られ、他の臨床インプラントで成功裏に使用されていた材料と新しい技術を組み合わせたものです。このアプローチは、98個の刺激電極を備えたマイクロチップを組み込んでおり、患者の移動性を高めて環境内での安全な移動を支援することを目的としていました。このインプラントは脈絡膜上腔に配置されます。研究者は、このデバイスの最初の患者テストが2013年に開始されると予想していましたが、完全な試験が行われたかどうかは現在のところ不明ですが、少なくともダイアン・アシュワースという1人の女性がこのデバイスをインプラントされ、それを使用して文字と数字を読むことができました。^[36]彼女は後に「I Spy with My Bionic Eye」というタイトルの本を執筆し、自分の人生、視力喪失、BVA（バイオニックアイ）デバイスをインプラントされた最初の人物であることについて書いています。

BVA は同時に、マイクロチップと 1024 個の電極を備えたインプラントを統合する多数の新技術を組み込んだ High-Acuity デバイスも開発していました。このデバイスの目的は、顔認識や大きな文字の読み取りなどの作業を支援する機能的な中心視力を提供することです。この高視力インプラントは網膜上に挿入されます。このデバイスの患者テストは、前臨床試験が完了した後、2014 年に計画されましたが、これらの試験が実際に行われたかどうかは不明です。

研究に参加する最初の被験者は網膜色素変性症の患者で、その後加齢性黄斑変性症の患者が続く予定だった。各プロトタイプは、眼鏡に取り付けられたカメラで構成され、信号は埋め込まれたマイクロチップに送信され、そこで電気インパルスに変換され、網膜に残っている健康なニューロンを刺激する。この情報はその後、視神経と脳の視覚処理センターに伝えられる。

2019年1月2日、BVTは、新バージョンのデバイスを使用した4人のオーストラリア人を対象とした一連の試験から肯定的な結果を発表しました。デバイスの旧バージョンは一時的な使用のみを目的として設計されていましたが、新しい設計により、この技術を継続的に使用できるようになり、初めて研究室の外で家に持ち帰ることも可能になりました。2019年を通じてさらに多くのインプラントが投与される予定です。^[37]

BVTのウェブサイトに掲載された2019年3月付けのファクトシートによると、同社はこのデバイスが3～5年以内に市場承認を得ると予想している。^[38]

ハーバード大学/MITの装置と機能は似ているが、刺激チップが網膜ではなく一次視覚野にある点が異なる。多くの被験者に移植されており、成功率は高く、副作用も限られている。このプロジェクトは2002年に始まり、まだ開発段階にあったが、ドベルの死後、利益のために眼球を売ることは禁止され^{（誰が？）、}公的資金による研究チームに寄付することが認められた。^{[17] [39]}

シカゴのイリノイ工科大学（IIT）の神経補綴学研究所は、2009 年に皮質内電極アレイを使用した視覚補綴の開発を開始しました。原理的には Dobelle システムと似ていますが、皮質内電極を使用すると、刺激信号の空間解像度が大幅に向上します（単位面積あたりの電極数が増える）。さらに、経頭蓋ワイヤの必要性をなくす無線テレメトリ システムも開発されています^[40]。活性化イリジウム酸化物膜（AIROF）でコーティングされた電極のアレイは、脳の後頭葉にある視覚皮質に埋め込まれます。外部ハードウェアが画像をキャプチャして処理し、指示を生成します。その後、その指示はテレメトリ リンクを介して埋め込まれた回路に送信されます。回路は指示をデコードして電極を刺激し、視覚皮質を刺激します。このグループは、埋め込まれた回路に付随するウェアラブルな外部画像キャプチャおよび処理システムを開発しています。ヒトボランティアへのインプラントの実現可能性をテストするために、動物実験とヒトの心理物理学的研究が実施されている^{[41] [42] 。 [要出典]}

ニューヨーク州立大学ダウンステート医療センターのスティーブン・マックニックとスザナ・マルティネス・コンデも、OBServeと呼ばれる皮質内視覚補助装置を開発している。^{[43] [44]}計画されているシステムは、LEDアレイ、ビデオカメラ、オプトジェネティクス、アデノ随伴ウイルスのトランスフェクション、および視線追跡を使用する。^[45]コンポーネントは現在開発されており、動物でテストされている。^[45]

• ブレインポート
• バイオニックコンタクトレンズ
• 人間のエコーロケーション

• 研究ファクトシート ~ 網膜プロテーゼ 2013 年 2 月 19 日アーカイブ、Wayback Machineより