Ανάκτηση της ανθρώπινης όρασης με σύμμαχο την τεχνητή νοημοσύνη

Ενώ ο σοφός άνθρωπος (homo sapiens) παλεύει να αντιληφθεί την πραγματικότητα, αντίθετα η τεχνητή νοημοσύνη δεν επαναπαύεται μονάχα στην κατανόηση του κόσμου, αλλά αναλαμβάνει την ευθύνη να δημιουργήσει νοήμονες οντότητες. Οι συνθήκες που ευνοούν τη σταδιακή εγκαθίδρυση της τεχνητής νοημοσύνης χωρίς να αμφισβητείται η αξία της ανθρώπινης σκέψης είναι η υποκειμενική άποψη, οι χρονικοί περιορισμοί, τα ελλιπή ή τα ανακριβή δεδομένα που δε συνάδουν με κάποιο ορθό συμπέρασμα. Όταν υπεισέρχονται οι παραπάνω παράγοντες δρουν ανασταλτικά στην έκβαση ενός αποτελέσματος.

Η τεχνητή νοημοσύνη στηρίζεται στη φιλοσοφία ότι οι μηχανές παύουν να εκτελούν επανειλημμένες λειτουργίες που εξυπηρετούν ένα μοναδικό σκοπό όπως άρχισε να συμβαίνει στη Βιομηχανική Επανάσταση. Ο ρόλος τους επεκτείνεται και αναλαμβάνουν να εξοικειωθούν με ανθρώπινες λειτουργίες όπως είναι η μάθηση, η αντίληψη, η απομνημόνευση, η συνδυαστική σκέψη, η ομιλία, η κίνηση και η επινοητικότητα για να αντεπεξέλθουν σε σημαντικές καταστάσεις. Οι μηχανές ποικίλων διαστάσεων ενεργούν περισσότερο σαν τους υπολογιστές με την ανάπτυξη αλγορίθμων και διευκρινίζεται ότι δεν επιδιώκουν να παραγκωνίσουν την πολυδιάστατη ανθρώπινη φυσιογνωμία, αλλά να διευκολύνουν τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η τεχνητή νοημοσύνη θεωρείται δικαίως απαραίτητη σε μια εποχή που παρατηρείται εξειδίκευση των επαγγελμάτων και οι ώρες μελέτης οποιασδήποτε ειδικότητας ξεπερνούν το αναμενόμενο.

Πώς συνεισφέρει η τεχνητή νοημοσύνη στην αντιμετώπιση των προβλημάτων όρασης;

Πρόκειται για την επιστήμη του μέλλοντος που λειτουργεί με μεθοδολογία και υπόσχεται πολλές προοπτικές σε αρκετούς κλάδους της καθημερινότητας. Βρίσκει εφαρμογή με επιτυχία στον τομέα της ιατρικής, ενώ αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι τα προγράμματα ιατρικής διάγνωσης που βασίζονται σε ανάλυση πιθανοτήτων έχουν κατορθώσει να λειτουργούν σε επίπεδο έμπειρου γιατρού. Με αντίστοιχο τρόπο τα επιτεύγματα της τεχνητής νοημοσύνης έρχονται να συνεισφέρουν και στην οφθαλμολογία.

Κάθε χρόνο υπολογίζεται ότι άνθρωποι διαφόρων ηλικιών και όχι μόνο όσοι ανήκουν στην τρίτη ηλικία, έρχονται αντιμέτωποι με την εξασθένιση της όρασης που πολλές φορές οδηγεί στην τύφλωση. Η πιο κοινή εκφυλιστική κληρονομική διαταραχή των οφθαλμών που ξεκινά από την παιδική ηλικία είναι η μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια στην οποία η απώλεια όρασης σημειώνεται προοδευτικά. Προσβάλλει το εξωτερικό τμήμα του αμφιβληστροειδή καταστρέφοντας τα κύτταρα που συλλέγουν φως λόγω συσσώρευσης χρωστικής. Για να αντιληφθεί κανείς τη σπουδαιότητα του αμφιβληστροειδή, μπορεί να το παρομοιάσει με το φιλμ μιας φωτογραφικής μηχανής διότι είναι εκείνο το ανταλλακτικό που πάνω του αποτυπώνονται όσα βλέπουμε γύρω μας. Το κλειδί στην υπόθεση που μπορεί να βοηθήσει τους ασθενείς προκειμένου να αποκτήσουν ξανά οπτικές αντιλήψεις βρίσκεται στο γεγονός ότι το εσωτερικό τμήμα του αμφιβληστροειδή χιτώνα που περιλαμβάνει στιβάδες νευρικών κυττάρων παραμένει λειτουργικό. Κινούμενοι προς το σκεπτικό να αξιοποιηθούν οι άθικτες δομικές μονάδες προήλθε η ανάγκη για την ανάπτυξη βιονικών εμφυτευμάτων οφθαλμού.

(Πηγή φωτογραφίας: Mayo Clinic)

Argus II, η αρχή των βιονικών εμφυτευμάτων

Ένας τρόπος λειτουργίας των εμφυτευμάτων αμφιβληστροειδούς τα οποία αποτελούν την ευρύτερη κατηγορία των οφθαλμικών εμφυτευμάτων, στηρίζεται στην άποψη ότι μια αλληλουχία ηλεκτροδίων που εισάγεται στον οφθαλμό κατόπιν επέμβασης έχει ως αυτοτελή σκοπό την ηλεκτρική διέγερση των νευρικών κυττάρων του αμφιβληστροειδή. Τα ηλεκτρόδια είναι αγωγοί ηλεκτρικού ρεύματος που έρχονται σε επαφή με σώματα που δε φέρουν μεταλλικές ιδιότητες. Στόχος των επιστημόνων είναι να αυξήσουν τον αριθμό των εισαγόμενων ηλεκτροδίων προκειμένου να δημιουργηθούν περισσότερες φωταψίες ή αλλιώς οπτικές αντιλήψεις. Άλλωστε η φυσιολογική ανθρώπινη όραση δεν είναι παρά ένα σύνολο φωτεινών ερεθισμάτων από το εξωτερικό περιβάλλον που φτάνουν στον εγκέφαλο ως ηλεκτρικά σήματα. Με το ίδιο σκεπτικό τα βιονικά οφθαλμικά εμφυτεύματα ανάλογα με τη διαταραχή της όρασης τοποθετούνται σε διαφορετικά σημεία της οπτικής οδού, τη διαδρομή δηλαδή που ακολουθούν τα ηλεκτρικά σήματα ξεκινώντας από τον αμφιβληστροειδή χιτώνα και καταλήγοντας στον οπτικό φλοιό του εγκεφάλου.

Το προνόμιο της τεχνητής όρασης που προσφέρεται σε πολλούς ασθενείς από την εταιρεία Second Sight με την ευρεσιτεχνία αμφιβληστροειδικών εμφυτευμάτων που φέρουν την ονομασία Argus II, έχει ήδη εγκριθεί από τον FDA στις ΗΠΑ τον Φεβρουάριο του 2013. Σκοπός της εφεύρεσης που προσφέρει οπτική οξύτητα ίση με 20/1262, είναι η μερική αποκατάσταση της όρασης σε ασθενείς με μελαγχρωστική αμφιβλητροειδοπάθεια προσεγγίζοντας περισσότερο την ποσοτική αντίληψη και λιγότερο την ποιοτική αντίληψη του χώρου. Η συσκευή με γνώμονα τη διαφορά φωτεινότητας που εντοπίζεται στις επιφάνειες, καθιστά δυνατή τη σχηματική αναπαράσταση προσώπων ή αντικειμένων που αναγνωρίζονται ως κινητά εμπόδια και κίνδυνοι. Συνεπώς δεν τίθεται θέμα συναγωνισμού της τεχνητής όρασης με τη φυσική διότι αυτό το υπεράνθρωπο εγχείρημα θα σήμαινε την ανάπτυξη πολύπλοκων τεχνολογιών οι οποίες αλληλεπιδρούν με ένα τεράστιο δίκτυο νευρώνων που απλώνεται στον εγκέφαλο και δημιουργούν 1,5 τετράκις εκατομμύρια διασυνδέσεις μεταξύ τους. Τα εξαρτήματα που συνοδεύουν τη συσκευή Argus II περιλαμβάνουν ένα ζευγάρι γυαλιά με μια ενσωματωμένη βιντεοκάμερα που καταγράφει σκηνές του περιβάλλοντα χώρου. Οι εικόνες μέσω μιας φορητής συσκευής υποβάλλονται σε επεξεργασία μορφοποιήσης ηλεκτρικών σημάτων τα οποία μεταδίδονται ασύρματα μέσω ενός πηνίου με τη χρήση ραδιοσυχνοτήτων στο εμφυτευμένο τσιπάκι που περιέχει εξήντα ηλεκτρόδια (6×10).

Alpha AMS, ο επόμενος σταθμός στην εξέλιξη των εμφυτευμάτων

Μια διαφορετική μέθοδος βελτίωσης της τεχνητής όρασης όπου απουσιάζουν ογκώδη συνοδευόμενα εξαρτήματα, επιτυγχάνεται μέσω τσιπ φωτοδιόδων που λειτουργούν επίσης ως εμφυτεύματα αμφιβληστροειδούς. Στην ουσία πρόκειται για διάταξη ημιαγωγών που μετατρέπουν απευθείας το φως σε ηλεκτρικό ρεύμα. Τη συγκεκριμένη ιδιότητα αξιοποίησε η γερμανική εταιρεία Retina Implant με την ανάπτυξη αρχικά του Alpha IMS το οποίο αντικαταστάθηκε από την εξελιγμένη έκδοση του Alpha AMS με το τελευταίο να έχει αποκτήσει έγκριση κυκλοφορίας στην Ευρώπη το 2016. Το Alpha AMS σε σχέση με τον προκάτοχο της σχεδιάστηκε με την προοπτική να παραταθεί η διάρκεια ζωής της εφεύρεσης που φτάνει κοντά στα πέντε χρόνια με βάση τις εργαστηριακές δοκιμές. Αν και συνεχίζει να βελτιώνεται μέχρι σήμερα, η χρήση του απευθύνεται στην αντιμετώπιση εκφυλιστικών παθήσεων που εντοπίζονται στην περιφέρεια του αμφιβληστροειδή και προκαλούν σημαντική απώλεια όρασης. Σε αντίθεση με το Alpha IMS που διέθετε 1500 pixels, το Alpha AMS αποτελεί μια ιδιαίτερα λεπτή κατασκευή που συναρμολογείται από 1600 pixels το οποίο καθένα ξεχωριστά περιέχει και μια φωτοδίοδο. Ανιχνεύει το φως όπως θα έκαναν οι φυσιολογικοί φωτοϋποδοχείς σε έναν υγιή οφθαλμό και εισάγεται χειρουργικά κάτω από τα εκφυλισμένα συλλεκτικά κύτταρα του ασθενή με αποτέλεσμα να αλληλεπιδρά πιο στενά με τους ενδιάμεσους νευρώνες της οπτικής οδού και να επιτυγχάνεται μεγαλύτερος αριθμός διασυνδέσεων. Αντίθετα το Argus II θεωρούταν λιγότερο ριψοκίνδυνο κατά την εμφύτευση διότι είχε αποκλειστική εφαρμογή πάνω από τα φωτοϋποδεκτικά κύτταρα. Θεωρητικά η ανάλυση που προσφέρει είναι καλύτερη διότι η εικόνα σχηματίζεται με βάση τις οφθαλμικές κινήσεις και δεν κρίνεται απαραίτητη ψηφιακή κάμερα. Η καινοτομία του Alpha AMS είναι ότι παρέχει τη δυνατότητα στο χρήστη να ρυθμίσει τη διάρκεια καθώς και τη συχνότητα των ηλεκτρικών σημάτων που παράγονται. Η ρύθμιση αυτή γίνεται αντιληπτή με την εναλλαγή φωτεινότητας στο οπτικό πεδίο.

(Πηγή φωτογραφίας: Stanford University)

Εμφυτεύματα PRIMA, ο μεταγενέστερος σύμμαχος για την αντίληψη του φωτός

Ενθαρρυντικές είναι οι προσπάθειες από την πλευρά της γαλλικής εταιρείας Pixium Vision με σκοπό να αποκτήσει την έγκριση για την κυκλοφορία των βιονικών εμφυτευμάτων PRIMA. Αποτελεί μία από τις πιο πρόσφατες εφευρέσεις η λειτουργία της οποίας επεκτείνεται στην αντιμετώπιση της ηλικιακής εκφύλισης ωχράς κηλίδας και συγκεκριμένα της ξηράς μορφής. Η πάθηση συμβάλλει στις κυριότερες αιτίες τύφλωσης για άτομα τρίτης ηλικίας και η θεραπεία της κρίνεται μείζονος σημασίας επειδή προσβάλλει την κεντρική όραση εξαιτίας πρωτεϊνικών και λιπιδικών εναποθέσεων στην ωχρά κηλίδα, ενώ η περιφερειακή όραση συνήθως δεν επηρεάζεται. Η απήχηση των βιονικών εμφυτευμάτων PRIMA οφείλεται στην τεχνολογία φωτοβολταϊκών που αναπτύσσουν. Στην ουσία αναφερόμαστε ξανά για καθορισμένες διατάξεις φωτοδιοδίων που εφαρμόζονται εγχειρητικά κάτω από τα εκφυλισμένα φωτοϋποδεκτικά κύτταρα του ασθενή με τη διαφορά ότι το εμφυτευμένο τσιπάκι δεν απορροφά στο ορατό φάσμα αλλά στο υπέρυθρο τμήμα που περιέχει μεγαλύτερα μήκη κύματος. Η υπέρυθρη ακτινοβολία ανιχνεύεται από τους εκφυλισμένους κεντρικούς φωτοϋποδοχείς με αποτέλεσμα να μη συγχέεται με τη λειτουργία των άθικτων περιφερικών φωτοϋποδοχέων που συνεχίζουν να προσλαμβάνουν το φυσικό φως. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα η κατασκευή της εφεύρεσης προϋποθέτει ότι η διάμετρος των φωτοδιόδων θα πρέπει να έχει ελάχιστες διαστάσεις ώστε να προσλαμβάνει την παραμικρή ποσότητα υπέρυθρης. Επιπλέον κάθε pixel στο ασύρματο φωτοβολταϊκό εμφύτευμα διαθέτει δύο φωτοδιόδους όπως ακριβώς συμβαίνει σε ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο.

Η εφεύρεση PRIMA της Pixium Vision που περιέχει συνολικά 378 φωτοδιόδους, λειτουργεί ως εξής: αρχικά οι εικόνες λαμβάνονται από μια ενσωματωμένη κάμερα πάνω σε ένα ζευγάρι γυαλιά και έπειτα υποβάλλονται σε επεξεργασία από ένα εξάρτημα που συμπεριφέρεται ως κουπιουτεράκι τσέπης. Στη συνέχεια τα δεδομένα εξέρχονται σε μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας η οποία με τη σειρά της καταλήγει σε έναν ψηφιακό προβολέα τοποθετημένο μπροστά από την κόρη του οφθαλμού. Τα υπέρυθρα κύματα διεγείρουν τις φωτοδιόδους στο μικροτσίπ που έχει εμφυτευτεί στο πίσω μέρος του οφθαλμού και μετασχηματίζονται σε διφασικό ρεύμα το οποίο διαδίδεται μέσω ηλεκτροδίων στα νευρικά κύτταρα δημιουργώντας συνάψεις μεταξύ τους. Τέλος το σήμα από τα νευρικά κύτταρα εξέρχεται από τον οφθαλμό μέσω του οπτικού νεύρου ακολουθώντας μια πολύπλοκη διαδρομή εντός του εγκεφάλου για να σχηματιστεί μια ευκρινής εικόνα του αντικειμένου.

(Πηγή φωτογραφίας: Pixium Vision)

Διαπιστώνουμε εν τέλει ότι τα βιονικά οφθαλμικά εμφυτεύματα συνεχίζουν να βελτιώνονται προκειμένου να αντιμετωπιστούν περισσότερα προβλήματα όρασης και να προσφέρουν ένα καλύτερο βιοτικό επίπεδο σε ανθρώπους που προσπαθούν να αξιοποιήσουν τις δυνατότητες τους. Σε αυτό το σημείο διευκρινίζεται ότι τα βιονικά εμφυτεύματα δεν εντάσσονται στην ίδια κατηγορία με τα προσθετικά μάτια. Στην πρώτη περίπτωση επιτυγχάνεται η αποκατάσταση της όρασης κατόπιν συνεργασίας με άλλες δομές του σώματος ενώ η δεύτερη κατηγορία αντικαθιστά τη φυσική εμφάνιση του οφθαλμού που αφαιρέθηκε λόγω σοβαρού τραυματισμού ή ασθένειας. Συνεπώς άνθρωποι που υποφέρουν εξαιτίας εξασθενημένης όρασης ή ακόμη και τύφλωσης, μπορούν να ελπίζουν ξανά ότι θα δουν φως χάρη στην τεχνητή νοημοσύνη η εξέλιξη της οποίας είναι αλματώδης.

ΠΗΓΕΣ

EyeWiki – Retina Prosthesis

Πρωτότυπο άρθρο

Αφήστε μια απάντηση