Neue biophysikalische Ansätze zum Sehen mit Mikrochip

Wiener Forscher fanden heraus, dass zwei Typen von Sehzellen unterschiedlich auf elektrische Signale reagieren. Daraus entwickeln sie einen neuen Behandlungsansatz.

Neuer Ansatz der Technischen Universität Wien

Bei bestimmten Erkrankungen des Auges gelingt es, mithilfe von Netzhaut-Chips den Patienten eine eingeschränkte visuelle Wahrnehmung zurückzugeben. Wiener Forscher haben nun gezeigt, dass zwei Typen von Sehzellen unterschiedlich auf elektrische Signale reagieren. Von diesem Effekt erhoffen sie sich, das Sehen von Hell-Dunkel-Kontrasten mittels solcher Netzhaut-Implantate verbessern zu können.

„Bei Retinitis pigmentosa und auch bei Makuladegeneration kann der Netzhaut-Chip helfen, weil zwar die Rezeptorzellen bei diesen relativ häufigen Krankheiten absterben, aber das restliche Nervengewebe im Auge großteils intakt ist und sich künstlich durch Elektrostimulation anregen lässt“, erklärte Frank Rattay vom Institut für Analysis und Scientific Computing an der Technischen Universität (TU) Wien. Bei solchen Implantaten werden Mikrochips unter oder auf die Netzhaut (Retina) eingesetzt. Sie wandeln Lichtsignale in elektrische Impulse um, die Zellen der Netzhaut stimulieren.

Stimulierung mit Netzhaut-Chips

Dabei werden allerdings Zelltypen, die im funktionsfähigen Auge unterschiedlich auf Lichtreize reagieren, gleichmäßig stimuliert. Der Grund dafür ist laut Rattay, dass die elektrischen Kontakte der derzeit eingesetzten Implantate viel größer als die Nervenzellen im Auge sind. „Das bedeutet, dass man eine relativ große Anzahl von Zellen gleichzeitig mit einem stimulierendem Einzelelement des Chips aktiviert“, betonte der Wissenschaftler. Das vermindert die Wahrnehmung von Kontrasten stark.

Neue Möglichkeiten der Optimierung von Kontrasten

Durch Computersimulation von zwei Zelltypen konnten die Wissenschafter aber herausfinden, dass „durch spezielle elektrische Impulse die eine Zellart mehr als die andere stimuliert und so die Wahrnehmung von Kontrast gesteigert werden kann“, erklärte Rattay in einer Aussendung des Wissenschaftsfonds FWF, der das Projekt gefördert hat.

Konkret schauten sich die Forscher Modelle zweier Zelltypen der Netzhaut an, die als On- und Off-Zellen bezeichnet werden.

On- und Off-Zellen

On-Zellen reagieren stärker, wenn es im Zentrum ihrer Platzierung heller ist - bei Off-Zellen ist es genau umgekehrt. Durch ihre Anordnung in der Netzhaut wird so die Wahrnehmung von Kontrasten stark erhöht. Doch Netzhaut-Implantate senden statt Lichtimpulse bisher elektrische Impulse, die in beiden Zelltypen zu den gleichen biochemischen Reaktionen führen und so die Kontrastempfindlichkeit stark reduzieren.

Rattay und sein Team zeigten nun, dass das nicht sein muss. Durch spezielle elektrische Impulse können unterschiedliche biophysikalische Vorgänge in den beiden Zelltypen aktiviert werden.

Neue Erkenntnisse durch Harvard Medical Scholl und Tübingen bestätigt

Zudem fanden die Forscher heraus, dass die Form der einzelnen On- oder Off-Zelle Einfluss auf die Signalverarbeitung hat. So spielt die unterschiedliche Länge beider Zelltypen eine wesentliche Rolle. Auch dies könnte eine wichtige Erkenntnis sein, die es erlaubt, die Performance zukünftiger Netzhaut-Implantate durch die Modulation ihrer elektrischen Signale deutlich zu verbessern.

Die im Fachjournal „Vision Research“ veröffentlichten Ergebnisse der Computersimulationen der Wiener Forscher wurden durch die beteiligten Kollegen an der Harvard Medical School (USA) und der Universitätsklinik Tübingen (Deutschland) durch experimentelle Befunde unterstützt.

Quellen: science.apa.at vom 11.05.2015; futurezone.at vom 11.05.2015; Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Wien

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Zuletzt geändert am 11.06.2015 12:11