أجهزة طبية

كيف تعمل الرؤية الصناعية

روابط إعلانية
كيف تعمل الرؤية الصناعية

العين نعمة من نعم الله علينا، ولعلنا لم نفكر كثيراً في كيف نرى الاشياء من حولنا؟ وكيف تعمل العين؟ فلو تخيلت عزيزي القارئ وانت تقرأ حروف هذه الكلمات التي لا يزيد ارتفاعها عن الثلاث مليمترات وعرضها المليمترين كم عدد المجسات الضوئية الموجودة في شبكية العين والتي يصل عددها لمئات الملايين لتنقل المعلومات التي تتجمع كل لحظة من الزمن من خلال الضوء الذي يصلها الدماغ لرؤية الاجسام.

إن شبكية العين تتركب من غشاء رقيق يحيط بالتجويف الداخلي للعين.  وتحتوي الشبكية على خلايا يعمل بعضها على استقبال الضوء الذي تم تحميعه بواسطة الجزء الامامي للعين ويعمل الباقي على ترجمة هذه المعلومات وارساله للدماغ عبر العصب البصري. وهذه عبارة عن وصف مختصر لعملية الابصار في الانسان التي تمكنا من رؤية الاشياء.

شريحة بسمك الشعرة وبقطر 2 مليمتر من السيليكون يمكنها ان تعمل عمل الشبكية

 

موضوعنا في هذه العدد يتعلق حول ماذا يحدث لو اصيت الشبكية بخلل أو بمشكلة وظيفية لا قدر الله، سوف يتسبب ذلك في فقد حاسة الابصار وعدم الرؤية/ وذلك بسبب توقف المجسات الضوئية للشبكية عن القيام بدورها وارسال المعلومات إلى مركز الابصار في الدماغ، وللاسف يعاني ما يقارب 10 مليون فرد من فقدان البصر حول العالم بسبب مشاكل في الشبكية.

روابط إعلانية

حتى الآن فإن الاشخاص الذين فقدوا البصر بسبب خلل في الشبكية يوجد لهم أمل ضئيل في استعادة البصر بالوسائل العلاجية الطبية، ولكن ممن المحتمل قريباً ان يتم الاعلان عن اكتشاف تكنولوجي جديد يكون بمثابة هدية لفاقدي البصر في امكانية ان تعاد لهم حاسة البصر من جديد.  حيث يعمل مجموعة كبيرة من العلماء على تطوير شريحة إلكترونية دقيقة من السيلكون عليها عدد كبير جداً من المجسات الالكترونية الحساسة للضوء لتكون عبارة عن أداة للرؤية الصناعية artificial vision.

في هذه المقالة من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل شبكية العين، وما هي فكرة عمل هذه الشريحة الإلكترونية وما الدور الذي تقوم به حالياً لاعادة الرؤية وماذا يتوقع ان تصل الابحاث في المستقبل.

كيف تعمل شبكية العين

العين من احد اهم أعضاء جسم الانسان واكثرها دقة وتعقيداً. ولفهم كيف تتم الرؤية الصناعية فإنه من الضروري ان نعرف كيف تتم الرؤية في العين البشرية وما هو الدور الهام الذي تلعبه الشبكية لتمكننا من الرؤية وسوف نقوم بشرح مبسط لتوضيح ذلك من خلال الشكل الموضح ادناه لتفاصيل العين والاجزاء الرئيسية فيها.


روابط إعلانية

تركيب عين الانسان

تعتمد عملية الرؤية على اربعة مراحل اساسية وهي

(1) دخول الضوء المتشتت عن الاجسام من حولنا إلى العين عبر القرنية.

(2) يتم تجميع الضوء بواسطة عدسة العين على الشبكية.

(3) ترسل الشبكية اشارة إلى الدماغ خلال العصب البصري

(4) يقوم الدماغ بدور المترجم والمفسر لتلك الاشارة ويحولها إلى صورة للجسم الذي ننظر إليه.

الشبكية غشاء معقد جداً في تركيبه ويحتوي على 10 طبقات من الأنسجة المؤلفة من أكثر من مليون خلية عصبية وما يقارب الـ 150 مليون خلية مستقبلة للضوء والتي تعرف باسم العصي والمخاريط Rods and Cones  وذلك نظراً لشكلها الذي يشبه العصي والمخاريط.

يستحث الضوء الساقط على هذه الخلايا على إطلاق مجموعات من الشحنات الكهربائية عبارة عن رسائل عصبية تعبر العصب البصري لتصل إلى مركز الابصار في الدماغ. وأي خلل في هذا المسار فإنه يوقف عملية نقل المعلومات ولا تتم عملية الرؤية. 

ملاحظة: تعتمد الرؤية الواضحة في النهار على المخاريط Cones فقط حيث ان كل خلية مخروطية تتصل بعصب بصري خاص وتعمل هذه المخاريط في الضوء، اما في حالات الانارة الباهتة او في العتمة فإن الرؤية تعتمد على العصي Rods فقط وحيث ان كل مجموعة من العصي متصلة مع عصب بصري واحد فإن الرؤية لا تكون واضحة ولا تكون الالوان زاهية كما هي في النهار.  وهذا السبب في ان مشهد حديقة تبدو في ضوء النهار جميلة وزاهية الالوان وفي الانارة الباهتة تكون موحشة. 

يوضح الشكل جزء مكبر من غشاء شبكية العين وفي الصورة على اليمين النقطة المضيئة تمثل الضوء الساقط على الشبكية وتستقبله الخلايا البصرية وهي العصي والمخاريط الموضحة في الصورة على اليسار

 

هناك عدد من الامراض التي يمكن ان تصاب بها الشبكية وتسبب خلل في عمل الخلايا البصرية (العصي والمخاريط).  ومن هذه الامراض ما يعرف باسم retinitis pigmentosa أو age-related macular degeneration الذان يسببان في ايقاف عمل الخلايا البصرية والتسبب في فقدان البصر إلى درجة الفقدان الكلي.  ووجد من الابحاث الطبية ان هذان المرضان لا يسببان اي خلل في العصب البصري وانما فقط في الطبقة التي تحتوي على العصي والمخاريط في الشبكية وبالطبع هذا كفيل بان يفقد الانسان بصره ولكن تحديد مشكلة سبب عدم الرؤية ادى الى ان يتجه العلماء بتفكيرهم نحو تطوير خلايا بصرية صناعية تقوم بعمل العصي والمخاريط وترسل الاشارات إلى العصب البصري ومنها إلى الدماغ لتعود الرؤية للعين.

الرؤية الصناعية

يتجه العلماء حالياً لتطوير وابتكار رؤية اصطناعية عندما قدم العالم الدكتور مارك هومانMark Humayun عرضاً لامكانية ان يستطيع الرجل الأعمى من الرؤية من خلال ابحاثه المتعلقة باستحثاث العصب البصري بواسطة تيار كهربي.  وقد اثبتت تجاربه ان العصب البصري يستجيب للكهرباء ولازال يعمل بالرغم من اصابة الشبكية بخلل وكان هذا العرض مقدماً في العام 1988. ومنذ ذلك التاريخ والعلماء يعتمدون على هذا الاكتشاف في محاولة لصناعة أداة تحل محل الشبكية وتعمل عملها من خلال تحويل الضوء الى كهرباء وتتمكن بذلك هذه الاداة من نقل المعلومات إلى العصب البصري في صورة نبضات كهربية لتتمكن العين من الرؤية من جديد.

واليوم فإن جهاز دقيق من الممكن ان يصبح متوفراً لملاين الاشخاص الفاقدي البصر نتيجة اصابة الشبكية. حيث توصلت الابتكارات في هذا المجال إلى طريقتين لعمل هذه الاداة والتي تتكون من شريحة الكترونية من السيليكون تم تطويرهما وقد تم بالفعل زراعتهما في عين ثلاثة اشخاص فاقدي البصر وقد اعطت النتائج املاً كبيراً في الوصول إلى الرؤية بواستطهما. 

لقد استندت الباحثون على ثلاثة مبادئ اساسية يجب ان تتوفر في مثل تلك التقنية وهذه المبادئ هي على النحو التالي:

(1) ان تكون عبارة عن جزء صغير جداً يمكن زراعته في العين.

(2) أن يتم تزويدها بمصدر مستمر للطاقة الكهربية.

(3) أن تحقق شروط تكيف والتلاؤم مع الأنسجة المحيطة بالعين.

البقعة الصغيرة على القطعة النقدية هي حجم الشبكية الصناعية للعين

 

الشريحة الالكترونية الأولى Artificial Silicon Retina (ASR)

تعتبر هذه الشريحة بمثابة شبكية صناعية Artificial Silicon Retina (ASR) وكما هو موضح في الصورة أعلاه فإن حجم هذه الشريحة لا يتعدى قطرها 2 مليمتر وبسمك الشعرة، وهذه الابعاد الدقيقة للشريحة تعتبر مناسبة ليتمكن الطبيب من زراعتها في عين الانسان دون ان تسبب اي اضرار للاجزاء المحيطة للعين اثناء عملية زراعتها.

في 28 يونيو من العام 2006 أعلن مجموعة من الأطباء في جامعة إيلينويز في مركز شيكاغو الطبي وفي مستشفى دوباج المركزي، بنجاح زرع الشبكية الصناعية لعدد من المرضى الفاقدي البصر. وأكدت الإختبارات التمهيدية من تقبل العين لهذا الجسم الجديد. ولكن يلزم بعض الوقت قبل أن يعرف الأطباء نتائج هذه الجراحات. حيث يتوقّعون بأنّ المرضى سيكونون قادرون على إستعادة رؤية الاشياء البيضاء والسوداء ولكن بدون تفاصيل او آلوان. 

تتركب الشبكية الصناعية من 3500 خلية شمسة دقيقة جداً قادرة عل تحويل الضوء إلى نبضات كهربية لتقلد بذلك عمل الخلايا البصرية في الشبكية (العصي والمخاريط) وتقوم بدورهم في عملية الرؤية،ولزراعة هذه الأداة في العين، يعمل جراحين ثلاثة حزوز صغيرة جدا لا يتجاوز قطر إبرة في الجزء الأبيض للعين. خلال هذه الشقوق، يقوم الجرّاحون بادخال اداة قطع واداة تحكم واداة شفط لتستخدم في ازالة الهلام في منتصف العين وتستبدله بالملح. يتم في المرحل التالية من العملية عمل شق دقيق في الشبكية كالجيب ليتم وضع شريحة السليكون فيه وتعاد الشيكة فوقه وتلتحم من جديد.

يوضح الشكل كيف تزرع شريحة السيليكون الالكترونية بين الطبقة الخارجية والداخلية لشبكية العين

 

تحتاج اي شريحة الكترونية الى الطاقة الكهربية لكي تتمكن من العمل ومن المدهش في هذه الشريحة انه تستفيد من الضوء الذي يصلها عن طريق العين كمصدر للتيار الكهربي لها.  وبهذا لا يحتاج إلى التفكير في بطارية صغيرة او اسلاك توصيل لتزويد الشريحة بالتيار الكهربي والا كان ذلك عائقاً في استخدامها كوسيلة لاعادة الرؤية واستبدال الشبكية بشبكية صناعية.

يستطيع المريض من خلال هذه الشريحة رؤية الالوان الابيض والاسود فقط ولايستطيع تميز الاجسام بالطريقة الطبيعية ولكن يستطيع ان يعرف ان هناك جسم ما أمامه.

جزء مكبر من شريحة السليكون الإلكترونية ASR توضح المجسات الضوئية التي عليها

 

الشريحة الالكترونية الثانية Artificial Retina Component Chip (ARCC)

ولكن بالرغم من هذه المزايا التي تمتعت بها شريحة السيليكون الالكترونية ASR الا ان هناك تكنولوجيا اخرى عمل على تطويرها فريق اخر من العلماء في جامعة جون هوبكنز وجامعة شمال كارولينا لتطوير شريحة سيلكيون الكترونية تسمى Artificial Retina Component Chip وتختصر بـ ARCC والتي لها نفس ابعاد الشريحة الأولى ASR ولكن يتم تثبيت هذه الشريحة على سطح الشبكية مما يعني ان عملية زراعتها سوف يكون ابسط من طريقة زراعة الشريحة الاولى التي سبق شرحها، ولكن تحتاج هذه الشريحة إلى مصدر خارجي للتيار الكهربي والذي يتم عن طريق نظارة طبية عادية ترسل شعاع دقيق من الليزر يعمل من خلال بطارية صغيرة يحملها الشخص معه، ويعمل شعاع الليزر على تزويد الشريحة بالطاقة الكهربية الكافية لاداء عملها. وتستطيع هذه الشريحة ان توفر رؤية افضل بكثير من الشريحة الاولى وتمكن فاقدى البصر من رؤية الصور والاجسام الكبيرة فقط، 

يعمل الباحثون على تطوير شريحة اخرى بمواصفات أعلى لتعطي صورة اوضح تمكن مستخدميها من قراءة الجريدة ويتوقع الوصول إلى نتائج في هذا المجال في مطلع العام 2015.

وفي النهاية نحمد الله ونشكره على نعمة البصر والرؤية التي انعم الله بها علينا، ولعلك لاحظت عزيزي القارئ من هذا المقال كيف ان العلماء بتخصصات مختلفة عاكفون على تطوير أداة الكترونية لتعمل على مساعدة العين في الرؤية وبالرغم من كل هذه الانجازات التي قد تبهرنا في كيفية توصل العلماء إلى هذه التفاصيل الدقيقة إلا انه ليومنا هذا لا احد يستطيع ان يعرف ماذا يجري داخل مركز الابصار او بمعنى اخر كيف يستطيع الدماغ من ترجمة الاشارات والنبضات الكهربية التي تصله إلى صورة، سبحان الله.

للمزيد من المعومات حول الرؤية الصناعية يرجى الاطلاع على المواقع التالي على شبكة الإنترنت

http://www.devicelink.com/mddi/archive/99/07/003.html

http://www.optobionics.com/

 

 

روابط إعلانية
الوسوم
روابط إعلانية

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق