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Public Release Date: 12-Apr-2007

Lernende sehprothese auf der Hannover-Messe

Bonner informatiker zeigen ein verfahren, das die leistung von netzhaut-implantaten deutlich verbessert

Diese Entlassung ist auch verfgbar auf Englisch.

Als die Idee vor einigen Jahren aufkam, klang sie bestechend: Man knnte doch in die geschdigte Netzhaut von Blinden Elektroden implantieren und daran eine Minikamera anschlieen, um so das Sehvermgen wieder herzustellen. Mit den ersten klinischen Tests kam jedoch die Ernchterung: Die Patienten konnten nach der Operation nicht einmal einfache Formen voneinander unterscheiden. Neuroinformatiker der Universitt Bonn stellen auf der Hannover-Messe eine Software vor, die das ndern soll: Mit ihr "lernt" die Sehprothese, genau die Signale zu liefern, die das Gehirn erwartet und interpretieren kann. Die lernende Sehprothese ist vom 16. bis 20. April auf dem Gemeinschaftsstand der Wissenschaftsregion Bonn zu sehen (Halle 2, Stand D35).

Knapp zwei Dutzend Patienten in Deutschland und den USA haben bislang eine Sehprothese implantiert bekommen. Dazu ffnen Mediziner den Augapfel und befestigen auf der Netzhaut eine dnne Folie. Von ihr ragen haarfeine Kontakte an die Nervenzellen, die die obere Netzhautschicht bilden. Diese elektrischen Reizkontakte speisen die Kamera-Signale in den Sehnerv ein. Die Kamera ist beispielsweise an einer Brille befestigt und berliefert ihre Informationen drahtlos an die knstliche Netzhaut.

Die Ergebnisse erfllen bislang nicht die hochgesteckten Erwartungen. "Die Kamera liefert elektrische Impulse, mit denen das Gehirn kaum etwas anfangen kann", erklrt Professor Dr. Rolf Eckmiller vom Bonner Institut fr Informatik. "Unser Verfahren bersetzt die Kamerasignale in eine Sprache, die das Sehzentrum versteht." Doch leider spricht das Sehzentrum jedes Menschen einen anderen Dialekt - das macht die Dolmetscher-Leistung schwierig. Daher hat der Neuroinformatiker und Mediziner zusammen mit seinen Doktoranden Oliver Baruth und Rolf Schatten den "Retina Encoder" entwickelt. Fr den Sprung in die medizinische Praxis sucht er auf der Hannover-Messe nach Industriepartnern.

bersetzer in der Brille

"Der Retina Encoder ist im Prinzip ein Computerprogramm, das die Signale der Kamera umwandelt und an das Netzhaut-Implantat weiter gibt", erlutert Oliver Baruth die Funktionsweise. "In einem kontinuierlichen Prozess lernt der Encoder, wie er das Kamerasignal verndern muss, damit der jeweilige Patient das Bild erkennen kann." Die Erprobung des Lern-Dialoges erfolgt gegenwrtig mit normalsichtigen Probanden. Die Kamerabilder werden dabei vom Retina Encoder bersetzt und dann an eine Art "virtuelles Sehzentrum": weiter gegeben. Dort wird simuliert, wie das Gehirn die umgewandelten Kameradaten interpretieren wrde.

Der Retina Encoder wei zunchst nicht, welche Sprache das virtuelle Sehzentrum spricht. Daher bersetzt die Software das Ausgangsbild - beispielsweise einen Ring - in verschiedene zufllig gewhlte "Dialekte". Dabei entstehen Bildvarianten, die einem Ring mal mehr, mal weniger hneln. Die Versuchsperson sieht diese Varianten auf einem kleinen Bildschirm, der in ein Brillengestell integriert ist. Per Kopfbewegung whlt sie die Versionen aus, die einem Ring am hnlichsten sehen. Die lernfhige Software zieht daraus Rckschlsse, wie sie die bersetzung verbessern muss. Im nchsten Zyklus prsentiert sie darauf basierend mehrere neue Bilder, die dem Original schon hnlicher sehen: Der Retina Encoder passt sich so schrittweise an die Sprache des virtuellen Sehzentrums an. Im Test funktioniert das auch sehr gut; an Patienten haben die Wissenschaftler ihr Verfahren jedoch noch nicht erprobt. Im Prinzip liee sich der Encoder aber binnen weniger Monate in bereits implantierte Sehprothesen integrieren, betonen die Forscher.

Beim gesunden Menschen ist eine Art natrlicher Retina Encoder bereits in die Netzhaut integriert: Vor den Lichtsinneszellen liegen nmlich vier Schichten von speziellen Nervenzellen. "Die Netzhaut ist ein durchsichtiger Biocomputer", sagt Eckmiller. "Sie wandelt die elektrischen Impulse der Stbchen und Zapfen in ein kompliziertes Signal um." ber den Sehnerv gelangt dieses Signal dann in das Gehirn.

Keine Wunder zu erwarten

Dort wird die komplexe Information entschlsselt. Die Fhigkeit dazu erwirbt das Gehirn in den ersten Lebensmonaten. In dieser Zeit stellt sich das Sehzentrum individuell auf die Retina-Signale ein: Das Gehirn lernt, die vom Sehnerv gelieferten Daten zu interpretieren. Beim Erwachsenen, der im Laufe des Lebens erblindet, ist das Sehzentrum aber schon ausgereift: Es kann sich nicht mehr so einfach umstellen. "Wenn das Sehzentrum nicht mehr so flexibel ist, muss es die knstliche Netzhaut sein", betont Eckmiller: "Sie muss lernen, Signale zu liefern, mit denen das Gehirn etwas anfangen kann. Und genau diesen Lernvorgang leistet unser Retina Encoder."

Dennoch warnt er vor allzu hochgesteckten Erwartungen: "Niemand soll denken, er knne mit einer Sehprothese wieder seine Lieblingskrimis lesen. Er kann vielleicht die Gestalt grsserer Objekte erkennen und schemenhaft wahrnehmen; mehr ist auf absehbare Zeit nicht drin. Fr einen Blinden bedeutet das aber einen riesigen Fortschritt: Er kann sich wieder in seiner Umgebung orientieren. Dieser Gewinn an Eigenstndigkeit ist unser Ziel!"

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