הבהובים של מציאות

מדע / טכנולוגיה חדשה מאפשרת חיבור של “עין” אלקטרונית ישירות אל מוחו של אדם

אוריאל בריזון

יאנס בן ה-39 איבד את עינו השמאלית בתאונת עבודה בגיל .17 את עינו הימנית איבד שלוש שנים מאוחר יותר, בתאונה נוספת. בהדגמה לעיתונאים בניו יורק ביוני האחרון, מצא יאנס את דרכו בחדר שבו הוצבו מכשולים שונים, איתר דלתות וחפצים ולסיום אף נהג במכונית במגרש החניה. לא מדובר בנס רפואי:

ליאנס הותקנה “עין” אלקטרונית. סיפורו של יאנס התפרסם בגיליון ספטמבר של מגזין “.”Wired המאמר מצטרף למאמרים נוספים, בעיתונים ובכתבי עת שונים, המספרים על הפיתוחים האחרונים של טכנולוגיה העשויה לחולל מהפכה בתחום הראייה.

זה כחמישים שנה יודעים מדענים שגירוי חשמלי של אזור הראייה במוחם של בני אדם גורם להופעתן של נקודות אור בשדה הראייה, גם אצל מי שאיבדו את מאור עיניהם. אצל אדם בריא מקבל המוח גירויים מהעין דרך עצב הראייה. גירוי חשמלי מלאכותי מפעיל את אותם אזורים במוח הקולטים את הגירוי הראייתי, ומייצר נקודות אור, או הבהובים (Phosphenes) המדמים את פעולת העין. ניסויים שערך החוקר האמריקאי ויילדר פנפילד בשנות ה-50 הראו כי נקודות האור הללו אינן אקראיות, אלא מופיעות במקומות קבועים בהתאם למקום שבו נעשה הגירוי החשמלי. תגלית זו הובילה חוקרים לשער כי יהיה אפשר לייצר התקן טכנולוגי שיאפשר גירוי ישיר של המוח על ידי אות המגיע ממצלמה אלקטרונית, או במלים אחרות: עין אלקטרונית מלאכותית.

בשנות ה-60 וה-70 נעשו ניסיונות שונים לפתח מערכת ראייה מלאכותית, אך התברר שדרושה לכך טכנולוגיה מתקדמת מזו שהיתה בנמצא באותה תקופה. שנות ה-80 וה-90 הולידו דור חדש של מצלמות דיגיטליות, ובשנים האחרונות פותחו מחשבים קטנים ורבי עוצמה וכן חיישני אור מסוג – CCD מצלמות טלוויזיה קטנטנות שגודלן כגודל ציפורן המסוגלות לייצר תמונה צבעונית וחדה. במקביל התפתחה בשנתיים-שלוש האחרונות היכולת לייצר אלקטרודות מיקרוסקופיות המאפשרות גירוי של תאי עצב באופן מדויק – כמעט עד כדי יכולת להתחבר לכל תא עצבי בנפרד. שילוב הטכנולוגיות הללו, בתוספת התקדמות המחקר הפיזיולוגי של מבנה המוח וטכניקות כירורגיות מתקדמות, הם המרכיבים שמאפשרים את הצעדים הראשונים האפקטיוויים אל הראייה המלאכותית.

ד”ר ויליאם דובל, האיש שפיתח והתקין את מערכת הראייה המלאכותית של יאנס, מחזיק במעבדתו את הדגם הראשון שפיתח בשנות ה– 70 מחשב במשקל שתי טונות שעלות פיתוחו היתה 25 מיליון דולר. את הדגם העכשווי של המערכת אפשר לשאת על הגוף, והוא מוצע כיום למכירה ב-115 אלף דולר.

המערכת כוללת משקפיים שעליהם מותקנת מצלמה זעירה, מחשב נישא, סוללות וכמה קופסאות אלקטרוניות המותקנות, יחד עם המחשב, על חגורה. המשקפיים מחוברות בכבל חשמלי אל אחת הקופסאות בחגורה, ומקופסה אחרת מובילים כבלים אל שני חיבורים המצויים בצדי ראשו של המטופל. המחיר, אגב, כולל טיסה לפורטוגל, שם מתבצע הניתוח להחדרת האלקטרודות אל תוך הגולגולת. אי אפשר לבצע את הניתוח בארה”ב בשל הגבלות של משרד הבריאות האמריקאי.

דובל הוא מהדמויות הבולטות בתחום הראייה המלאכותית. הוא נולד במסצ'וסטס ב-,1941 בן לאב מנתח אורטופדי. בגיל 13 הגיש בקשה לפטנט על שיפור שתיכנן לעצם אגן מלאכותית; בגיל 14 כבר למד באוניברסיטה. דובל אומר שנושא הראייה המלאכותית בוער בעצמותיו מאז שהיה סטודנט בשנות ה-.60 ב-1984 הקים מעבדה משלו (מכון דובל) שבה הוא וצוותו מפתחים ומוכרים התקנים רפואיים שונים. בהכנסות ממכירת הציוד הרפואי משתמש דובל למימון מחקריו בראייה מלאכותית.

ב-1978 ביצע דובל את ההתקנה הראשונה של מערכת לראייה מלאכותית. המטופל היה ג'רי, תושב ברוקלין בן 52 שאיבד את מאור עיניו בגיל .36 ג'רי עבר את הניתוח בלא פגע. במשך שנים הושאר מכלול האלקטרודות בתוך ראשו ללא שימוש – הן כדי לוודא שאינו גורם לדלקות וסיבוכים, והן בהמתנה לפיתוחים מתקדמים יותר של מרכיבי המערכת האחרים. רק לאחר מכן החל דובל בבדיקת יעילות המערכת.

בראשו של ג'רי הותקנה גרסה פשוטה ובסיסית יותר של המערכת שהותקנה באחרונה במוחו של יאנס. מספר האלקטרודות בהתקן התוך-גולגולתי קטן יותר, והמחשב המקורי ששימש אותו חלש בהרבה מהמחשב של המערכת החדשה. למרות זאת, המערכת העניקה לג'רי יכולות מפתיעות. באתר האינטרנט של מכון דובל אפשר לצפות בו מזהה בובה דמוית אדם המוצבת במקומות שונים בחדר. ג'רי מאתר כובע שנתלה על אחד מווים רבים המצויים על הקיר. הוא ניגש, לוקח את הכובע ומניח אותו בדיוק רב על ראשה של הבובה. בהדגמה מרשימה עוד יותר מביט ג'רי על לוח התלוי על קיר במרחק של כמטר וחצי ממנו. על הלוח מצוירת כמה פעמים אות E בגודל של 15 ס”מ, המשמשת לבדיקת ראייה כמו בבדיקה סטנדרטית של רופא עיניים: פעם האות פונה לכיוון הרגיל, פעם אחרת היא הפוכה, ופעם אחרת היא שוכבת. ג'רי מתבקש לזהות את הכיוון שאליו פונה האות, והוא מצליח בכך בכל המקרים.

במאמר שפורסם בשנת 2000 בעיתון העמותה לאיברים מלאכותיים פנימיים (ASAIO) טען דובל כי ג'רי אף הצליח להבחין מאותו מרחק באותיות בגודל 5 ס”מ. חשוב להדגיש כי דובל פועל רוב הזמן לבדו, ובמידה מסוימת מחוץ לממסד האקדמי. בשל כך נעדרות חוות דעת וביקורות של מדענים אחרים על פרטי עבודתו. ביקורת של עמיתים למחקר חיונית להמשך התהליך המדעי ובשל העדרה, בשלב זה, קשה לאמת את קביעותיו של דובל.

את מה שהם רואים ג'רי ויאנס מתארים במושגים של אורות המהבהבים בתבניות. מתוך המאמרים שהתפרסמו בנושא קשה להבין מהי בדיוק תמונת המציאות המצטיירת בראשם; אך נראה שהם מצליחים להבחין בחפצים וברמות שונות של בהירות. מכלולי האלקטרודות שהושתלו בקליפת המוח שלהם מכילים כמה עשרות אלקטרודות. חלק מהאלקטרודות אינן מפיקות תגובה; אחרות גורמות, בעת ההפעלה, להופעת נקודת אור בודדת. לעתים גירוי יחיד גורם להופעת כמה נקודות אור בעת ובעונה אחת.

כל כמה זמן נדרש המטופל לבוא למעבדה כדי לעבור תהליך של כיול המכשיר. המצלמה, המותקנת על המשקפיים, מצלמת את מה שנמצא לפני המטופל; אך כתוצאה מהתנהגותה של המערכת הפיזיולוגית, עשויות להיווצר סטיות במעבר בין התמונה במצלמה, לתמונה העולה בשדה הראייה של המטופל. בעת תהליך הכיול מכוון צוות המעבדה את האלקטרודות במכשיר, בהתאם לעדות המטופל, כך שמה שנמצא במרכז המצלמה יגרום להופעת נקודות אור במרכז שדה הראייה שלו, מה שנמצא מימין יגרום להופעת נקודות מימין וכו'.

לאחר הכיול נוצר דימוי גס של המציאות החיצונית בתודעתו של המטופל – דימוי בצורת נקודות אור הנדלקות וכבות. במקום מיליוני נקודות האור (והצבע) המרכיבים את הראייה הנורמלית, מסתפקים ג'רי ויאנס בעשרות נקודות בודדות המתארות את העולם. ליאנס, בעל המערכת החדישה, מספר נקודות גדול יותר. המערכת במצבה הנוכחי בוודאי אינה מהווה תחליף לראייה טבעית. לדברי יאנס, “זו כרגע ראייה גסה מאוד בהשוואה לראייה נורמלית, אך זהו שיפור גדול בהשוואה לעיוורון”.

דובל, בשל עצמאותו ונכונותו ליטול סיכונים, הוא המדען הראשון בתחום היישום של ראייה מלאכותית. אך קבוצות אחרות השוקדות על פיתוח מערכות כאלה מציגות חזון שאינו נופל משלו. קבוצת מחקר הפועלת במרץ רב ממוקמת במכון העין ע”ש מורן באוניברסיטת יוטה. בראשה עומד פרופ' ריצ'רד נורמן. הקבוצה פיתחה מכלול ייחודי של אלקטרודות לגירוי קליפת הראייה במוח, ועשתה ניסויים רבים בבעלי חיים. בפרסומים על עבודת הקבוצה מדגיש נורמן את נושא מכלול הגירוי. לפי תפישתו זהו לב העניין. בהעדר כמות גדולה של אלקטרודות בצפיפות גבוהה, טוען נורמן, לא תיווצר יכולת ראייה מספיקה. נורמן שואף להגיע לגירוי של נוירונים בודדים, ולייצר מספר גדול יותר של נקודות אור, שיהיו חדות וממוקדות יותר. לדבריו, בלי כמות גדולה של אלקטרודות מדויקות תישאר התמונה מעורפלת וגסה.

במכלול האלקטרודות שפיתחה הקבוצה מיושמות טכנולוגיות של ייצור שבבי מחשב וחומרים המונעים דחייה של השתל על ידי מערכת החיסון של הגוף. ניסויים ליישום המערכת בבני אדם אמורים להתחיל בקרוב. תפישה חלופית לראייה מלאכותית נחקרת על ידי כמה קבוצות אחרות. במסגרת תפישה זו החוקרים מנסים להשתיל שבב אלקטרוני אל תוך עינו של המטופל, ולא במוחו. השבב מכיל חיישני אור והוא אמור לגרות קצוות עצבים בתוך העין ובכך להחליף את הרשתית שחדלה לפעול. טכניקה זו אינה מתאימה לאנשים שאיבדו את עיניהם, אך היא עשויה לסייע לאנשים רבים איבדו את ראייתם כתוצאה ממחלות הפוגעות ביכולת העין להפוך אור לגירוי עצבי.

במכון דוהני שבאוניברסיטת דרום קליפורניה פיתחו החוקרים מערכת שבה שבב המושתל על רשתית העין. השבב מקבל אותות רדיו ממשדר הממוקם מאחורי האוזן; המשדר, בתורו, מקבל נתונים ממצלמה קטנה המותקנת על החגורה, ומתרגם נתונים אלה לאותות המגרים את עצב הראייה. הגירוי יוצר נקודות אור בשדה הראייה של המטופל. קבוצות נוספות המפתחות מערכות תוך-עיניות פועלות באוניברסיטת אילינוי בשיקגו וכן במעבדות סקנדיה בניו מקסיקו.

מעבדות סקנדיה אף זכו להקצבה תלת שנתית של 9 מיליון דולר מהממשל האמריקאי, אף על פי שבעבר סירב הממשל לתקצב מחקרים בראייה מלאכותית משום שלא נחשבו לבני יישום.
פרופ' מיכאל בלקין, מנהל המעבדה לטכנולוגיות רפואת עיניים של אוניברסיטת תל אביב בתל השומר, מציע לראות את הדברים בפרופורציה.

אכן, אומר בלקין, מתבצע מחקר מעניין בתחום, אך טרם נעשו ניסויים משמעותיים בבני אדם ועוד מוקדם לקבוע אם בקרוב יהפכו עיניים מלאכותיות לדבר שכיח. בלקין מצביע על בעיית הדחייה כגורם מרכזי, וטוען כי יהיה על החוקרים למצוא דרך להתגבר על נטייתו הטבעית של הגוף להתנגד לשתלים ואלקטרודות.

אם יצליחו מאמציהן של הקבוצות השונות, ייתכן שנראה בעתיד עיניים מלאכותיות בשימוש נרחב. מדענים והוגים המביטים אל עתיד רחוק עוד יותר מעריכים כי התקני ראייה מלאכותית אף יוכלו, בשלב מתקדם, להציע יכולות העולות על ראייה אנושית טבעית. יהיה אפשר, למשל, לחבר ישירות למוח חיישן אינפרא-אדום שיאפשר ראייה דרך קירות, או מצלמה בעלת יכולת הגדלה וקירוב שתאפשר ראייה למרחקים גדולים. לחלופין יוכלו בעלי ההתקן להתחבר ישירות אל מקלט טלוויזיה או אל כרטיס התצוגה של המחשב, וכך לצפות בסרט או לגלוש באינטרנט שאופן שיתפרש על שדה הראייה כולו; כלומר, המשתמש יוכל לעבור, בלחיצת כפתור, בין ראיית המציאות לצפייה בסרט או לשיטוט במרחבים וירטואליים. האם יבוא יום שבו יבקשו אנשים בעלי ראייה תקינה ניתוח להתקנת מערכת ראייה מלאכותית? ייתכן. אך בשלב זה מדובר עדיין רק בנקודות של אור.