Những thành tựu khoa học mang ánh sáng tới cho người khiếm thị

Ảnh minh họa: Sputnik

Mắt là một hệ thống quang học phức tạp, có khả năng nhận biết ánh sáng và chuyển đổi nó thành các tín hiệu thần kinh mà não có thể hiểu được.

Giác mạc, một lớp ngoài trong suốt của mắt, có hai chức năng chính là khúc xạ ánh sáng và bảo vệ nhãn cầu. Nó hoạt động như một thấu kính hội tụ ánh sáng, giúp tập trung tia sáng vào võng mạc để tạo ra hình ảnh. Bên dưới nó là màng mạch, hay còn gọi là màng bồ đào, là một lớp giữa của mắt chứa nhiều mạch máu có vai trò quan trọng trong việc nuôi dưỡng mắt. Ngoài ra, nó còn tham gia vào quá trình thích nghi với mức độ chiếu sáng, thu hẹp hoặc mở rộng mạng lưới máu.

Võng mạc, lớp lót bên trong của mắt, có hai loại tế bào cảm thụ ánh sáng: tế bào que và tế bào nón. Tế bào que hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu, cho phép chúng ta nhìn thấy trong bóng tối hoặc ánh sáng mờ. Tế bào nón, mặt khác, hoạt động tốt nhất trong điều kiện ánh sáng mạnh, giúp chúng ta nhìn thấy chi tiết và màu sắc. Sau khi ánh sáng được chuyển đổi thành các xung thần kinh, thông tin được truyền dọc theo dây thần kinh thị giác, một bó gồm hơn một triệu sợi thần kinh. Dây thần kinh này hoạt động như một bộ dẫn truyền tín hiệu từ võng mạc đến các trung tâm thị giác của não, nơi chúng được xử lý và hình thành hình ảnh thị giác. Tổn thương dây thần kinh thị giác có thể dẫn đến mất thị lực không hồi phục.

Nếu hoạt động bình thường của bất kỳ thành phần nào trong hệ thống phức tạp này bị gián đoạn thì xuất hiện các vấn đề về thị lực.

“Kính lúp là giải pháp đơn giản nhất cho vấn đề này. Có những chiếc kính lúp cổ điển, giống như loại được các thám tử sử dụng trong phim ảnh, và nhiều người vẫn đang sử dụng chúng. Có một lựa chọn tinh tế hơn - thấu kính Fresnel là một loại thấu kính có bề mặt ghép lại từ các phần của mặt cầu, mô phỏng hoạt động của kính lúp thông thường, mặc dù nó là một thấu kính phẳng. Nhưng, thấu kính Fresnel có những nhược điểm, ví dụ, hiện tượng xuất hiện màu sắc ở các cạnh của thấu kính do sự khúc xạ ánh sáng. Tuy nhiên, đối với những người chỉ cần đọc sách, điều này không phải là vấn đề. Một số người mang thấu kính Fresnel trong ví cho tiện", bác sĩ nhãn khoa, tiến sĩ Andrey Demchinsky, người đứng đầu các dự án y tế của công ty "Sensor-Tech", chia sẻ với phóng viên của tờ "Scientific Russia".

Bước tiếp theo trong quá trình phát triển công nghệ này có thể được gọi là thiết bị phóng đại kỹ thuật số. Bất kể chúng trông như thế nào và có kích thước ra sao, bản chất của chúng vẫn như nhau: có chiếc camera, một giai đoạn xử lý nhất định và cuối cùng là màn hình hiển thị hình ảnh. Sự khác biệt cơ bản so với kính lúp thông thường là ở chỗ: các thiết bị này cho phép bạn điều chỉnh mức độ phóng to hình ảnh, màu sắc, độ tương phản và các thông số khác cần thiết cho người khiếm thị. Trong nhiều thư viện, bạn có thể thấy những chiếc kính lúp điện tử cỡ lớn cho phép bạn phóng to các đoạn văn bản để đáp ứng nhu cầu của người đọc. Hiện nay, bản cũng có thể tải xuống phần mềm đặc biệt trên điện thoại thông minh và phần mềm này sẽ hoạt động như một kính lúp điện tử. Ví dụ, công ty phi lợi nhuận Sensor-Tech có các ứng dụng miễn phí cho điện thoại thông minh, tự động xác định và thông báo cho người dùng về mệnh giá của tiền giấy hoặc hình dạng và mục đích của các vật thể lọt vào ống kính máy ảnh.

“Bước tiếp theo là lấy chiếc kính lúp kỹ thuật số và đội lên đầu. Ví dụ đơn giản nhất là kính thực tế ảo (VR) trông giống như mũ bảo hiểm được đeo trên đầu với hai màn hình nhỏ (một cho mỗi mắt) để tạo ra hình ảnh ba chiều, cho phép người dùng trải nghiệm thế giới ảo. Bạn có thể điều chỉnh hình ảnh: thay đổi mức độ phóng to để xem có gì ở xa, xe buýt nào đang đến, thay đổi độ tương phản. Việc này không có gì mới mẻ cả, chúng ta làm điều này mỗi khi thay đổi độ sáng của điện thoại. Một ưu điểm khác của loại kính này là chúng có thể hạn chế ánh sáng. Có những người bị chứng sợ ánh sáng (photophobia) gặp khó khăn trong việc chịu đựng ánh sáng mạnh, và họ chỉ cần điều chỉnh kính sao cho thoải mái”, bác sĩ nhãn khoa Andrey Demchinsky giải thích.

Tất cả các công nghệ này đều đang được phát triển và có thể hữu ích cho người khiếm thị. Nhưng còn những người bị mất thị lực hoàn toàn hoặc bị mù bẩm sinh thì sao?

Giải pháp đầu tiên trong lĩnh vực này là sử dụng các loại thuốc kích thích hoặc liệu pháp gen để chữa mù mắt. Hướng đi đầy hứa hẹn này được gọi là quang di truyền học (optogenetics). Đây là một kỹ thuật sinh học thần kinh tiên tiến cho phép điều khiển hoạt động của tế bào, đặc biệt là tế bào thần kinh, bằng ánh sáng. Sau liệu pháp, các tế bào chưa từng tham gia vào quá trình chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện sẽ trở nên nhạy cảm với ánh sáng. Bằng cách tiêm vào mắt, một loại virus cấu trúc gen sẽ được đưa vào, bám vào các tế bào cần thiết và tích hợp một protein nhạy sáng vào màng tế bào, protein này phản ứng với ánh sáng có bước sóng nhất định. Sau đó, tín hiệu được truyền từ mắt đến não. Tuy nhiên, phương pháp này và các phương pháp tương tự có một nhược điểm đáng kể: bệnh nhân vẫn phải có các cơ quan chức năng chịu trách nhiệm truyền các tín hiệu như vậy, cần có dây thần kinh thị giác hoạt động và không bị bong võng mạc.

Một số vấn đề có thể được giải quyết bằng cách cấy ghép võng mạc nhân tạo, còn được gọi là "mắt điện tử". Ví dụ, hệ thống Argus II của Mỹ được thiết kế để giúp những người bị mù do viêm võng mạc sắc tố lấy lại một phần thị lực. Nó hoạt động bằng cách sử dụng một camera nhỏ gắn trên kính để ghi lại hình ảnh, sau đó truyền tín hiệu đến một bộ thu cấy ghép trong mắt, kích thích các tế bào thần kinh còn lại ở võng mạc và truyền thông tin đến não bộ, giúp người dùng nhận biết hình dạng và ánh sáng. Đây là một bước đột phá thực sự —người mù đã có thể nhìn thấy trở lại. Tại Nga, vào năm 2017, một hệ thống như vậy đã được lắp đặt trên một bệnh nhân, nhưng công nghệ chưa phát triển nhiều và các ca phẫu thuật không trở thành hoạt động thường xuyên. Trước hết, vì chi phí cao, nhưng còn một lý do khác — “mắt điện tử” chỉ hữu ích cho một số lượng hạn chế bệnh nhân. Và kinh nghiệm cho thấy, có một hướng đi hứa hẹn hơn cho những thiết bị như vậy có thể mang lại thị lực cho nhiều người hơn — giao diện thần kinh (neural interface).

ELVIS V là một công nghệ của Nga và là một trong những công nghệ đầu tiên trên thế giới kết nối camera với não, bỏ qua mắt. Điều này cho phép chúng tôi giúp đỡ ngay cả những người không có nhãn cầu (anophthalmia), mặc dù có một hạn chế: thiết bị được thiết kế cho những người đã có kinh nghiệm về thị giác (không bị mù bẩm sinh). Chỉ có năm nhóm khoa học trên thế giới đang nghiên cứu các giải pháp tương tự. Hệ thống bao gồm bộ phận cấy ghép - một vi mạch có điện cực kích thích não bằng dòng điện yếu được gắn vào hộp sọ và tương tác với vỏ não thị giác, và bộ phận bên ngoài bao gồm chiếc vòng gắn các camera, bộ xử lý dữ liệu gắn trên thắt lưng và bộ phát không dây. Các camera chụp ảnh được xử lý bằng các thuật toán AI và chuyển đổi thành tín hiệu cho não, tạo ra cảm giác thị giác dưới dạng phosphenes (tia sáng nhấp nháy), cho phép bệnh nhân định hướng trong không gian và nhận dạng các vật thể lớn.

Mặc dù tất cả những công nghệ và hướng đi này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi, nhưng chúng không còn là những ý tưởng viễn tưởng nữa. Cần có thời gian để thử nghiệm và cung cấp cả phương pháp gen và phẫu thuật thần kinh. Đây vẫn là những phương pháp đắt tiền, ban đầu sẽ không phải ai cũng có thể tiếp cận. Nhưng dần dần, các công nghệ này sẽ phát triển, trở nên đơn giản hơn, dễ tiếp cận hơn và phổ biến hơn, giống như những chiếc kính thông thường và quen thuộc mà chúng ta thường dùng.

Theo Sputnik