Хай-тек в помощь незрячим: настоящее и будущее / Offсянка

Согласно последним данным Всемирной организации здравоохранения, по состоянию на август 2014 года на нашей планете насчитывается около 285 миллионов слепых и людей с пониженным зрением. Из них 39 млн полностью слепы, а 246 млн страдают серьёзными нарушениями зрения. Также по статистике 18 % слепых не старше пятидесяти лет.

http://hellinahandbasket.net/

Что касается России, то, по некоторым официальным данным, здесь их 275 тысяч человек. На самом деле их больше. Если брать инвалидов по зрению, то в России их число оценивается в пределах от 2 до 5 млн, а полностью слепых из них насчитывается от 600 до 780 тысяч.

http://www.vice.com/

Такая вот печальная статистика. И количество слепых в мире к 2020 году может вырасти до 75 млн человек, по данным все той же Всемирной организации здравоохранения…

http://www.eventbrite.com/

Наш сайт посвящен не проблемам инвалидов, а технологиям, а высоким технологиям, которые делают жизнь комфортней не только обычным потребителям. Поэтому у нас регулярно выходят новости про всяческие роботизированные протезы рук, ног, невероятные системы управления силой мысли и так далее. Мы даже одну из статей полностью посвятили технологиям для людей с ограниченными возможностями. Ведь никто не знает наверняка, что случится завтра, и было бы хорошо, чтобы, став инвалидом той или иной категории, человек все равно мог продолжать жить счастливой и (почти) полноценной жизнью. И спасибо тем изобретателям, которые работают в этом направлении.

Так вот, как вы уже, наверное, догадались, в сегодняшнем материале пойдёт речь о последних достижениях науки и техники для людей с ограниченным зрением или полностью слепых. Ещё не так давно, вплоть до конца прошлого столетия, им было толком ничем не помочь. Но современные технологии творят чудеса.

http://rjcooper.com/

Перед тем как переходить к непосредственному описанию разнообразных технологий, хотелось бы вкратце рассказать читателю, что такое слепота. Оказывается, есть несколько видов слепоты. Согласно Международной классификации болезней, выделяют пять категорий нарушения зрения. Первые две категории соответствуют термину «пониженное зрение». Острота зрения в этом случае лежит в пределах от 20/70 до 20/400 (по системе Снеллена). Давайте разберёмся с этими цифрами. В числителе стоит расстояние, с которого проводят исследование (обычно 20 футов, или около 6 метров). А в знаменателе – расстояние, с которого глаз с нормальным зрением видит знаки строки, правильно прочитанные исследуемым (в метрической системе принцип тот же, только в числителе стоит тестовое расстояние 6 м).

А вот начиная с третьей категории уже официально считается, что человек страдает слепотой. Третья категория начинается с остроты зрения меньше 20/400 (3/60 по метрической системе). Четвёртая категория охватывает пациентов с остротой зрения ниже 1/60, а в пятой категории фиксируется полное отсутствие светоощущения. Также в этой классификации учитываются и границы поля зрения. Если поле зрения менее 10 градусов, то даже при центральной остроте зрения выше 20/400 человек считается слепым.

⇡#Скринридеры, очки и вспомогательные гаджеты

Одним из видов полезных вспомогательных инструментов являются так называемые скринридеры. Они дают возможность пользователю ознакомиться с информацией, отображаемой на дисплее компьютера или мобильного устройства, при помощи синтезатора речи. Причём часто такие программы, помимо простого последовательного чтения текста вслух, предлагают дополнительные возможности — например, «перепрыгивают» от заголовка к заголовку веб-страницы, что ощутимо увеличивает скорость и удобство работы. Если электронная лупа, например, годится только для близоруких людей, то скринридеры являются палочкой-выручалочкой и для полностью слепых.

http://www.soluzioni-software.info/

Большую популярность, особенно после запуска проекта Google Glass, набрали всевозможные интеллектуальные очки. Именно такой удобный формат и полёт фантазии разработчиков делают гаджеты этого типа максимально функциональными и полезными. Среди них можно выделить разработку сотрудников Центра исследований и передового обучения Мексики (CINVESTAV). Они предложили очки, которые объединяют ультразвуковую технологию, GPS, стереоскопическое видение и искусственный интеллект для того, чтобы помочь слепым ориентироваться в незнакомой среде.

Интеллектуальные очки, разработанные в CINVESTAV

Устройство состоит из пары линз, над которыми смонтированы две камеры, формирующие стереоскопическую картинку. Очки работают в паре с планшетом, обрабатывающим данные и дающим голосовые подсказки пользователю. Ультразвуковой модуль обеспечивает обнаружение статических и перемещающихся объектов вблизи. Искусственный интеллект помогает в распознавании местонахождения, при чтении разнообразных указателей и идентификации объектов — например, определяет номинал купюры или цвет одежды прохожего (что может быть полезно людям, страдающим дальтонизмом). Ну а GPS подскажет, куда направляться дальше. Впрочем, революционных идей здесь нет, ранее уже создавались схожие приборы, такие как OrCam, но расширенную функциональность можно только поприветствовать.

Смарт-очки eSight

Интерес представляют также очки компании eSight Corporation, которые позволяют увеличивать объекты, находящиеся на расстоянии от 30 сантиметров. Благодаря бифокальным линзам пользователь может выбирать между просто увеличенным изображением и картинкой с повышенной контрастностью. Специальная конструкция позволяет максимально использовать периферийное зрение слабовидящего, которое нередко сохраняется намного лучше центрального зрения. Устройство может гибко настраиваться под особенности зрения и потребности конкретного пациента. Цена таких очков составляет порядка $15 тыс.

Очки eSight подходят людям с остротой зрения от 20/60 до 20/400 (то есть слепым пользы от них нет). Но небольшая группа британских исследователей под руководством Стефана Хикса (он основал компанию Assisted Vision и под этим брендом продвигает своё изобретение на рынок) предложила очки дополненной реальности, которые могут помочь слабовидящим с остротой зрения даже меньше 20/400, то есть практически слепым людям. Полноценного возвращения зрения, конечно, никто не обещает, но пациенты хотя бы смогут идентифицировать объекты и более безопасно ориентироваться в незнакомой среде.

Очки Assisted Vision

Как и большинство изобретений такого формата, очки включают пару прозрачных OLED-диплеев, камеру, модуль обработки, блок питания. Ключевым их отличием является изменённый подход к представлению информации. Как отмечают сами создатели, они решили больше не пытаться определять объекты. Вместо того чтобы, например, распознать стоящий перед пользователем стол, сообщить о том, что это стол и что он находится на таком-то расстоянии, очки Assisted Vision представляют всё пространство в поле зрения как области разной яркости. Чем предмет ближе, тем его яркость выше. Важно отметить, что очки не претендуют на замену зрительных органов, а лишь стараются обеспечить их дополнительной информацией, чтобы человеку было легче ориентироваться.

Также на рынке присутствует множество других вспомогательных устройств, облегчающих жизнь слабовидящим людям. Они не настолько богаты функционально, как смарт-очки, но могут принести пользу. Например, май 2014 года отличился поступлением в продажу первого в мире телефона с клавиатурой Брайля. «Высокой технологичности» в этом устройстве немного, тем не менее оно может оказаться весьма полезным для определённой категории пользователей. Вся фишка заключается в наличии двух или четырёх клавиш с надписями, сделанными шрифтом Брайля, для звонков по заранее определённым номерам.

Первый в мире телефон с надписями на шрифте Брайля

Первый в мире телефон с надписями, сделанными с помощью шрифта Брайля

Обновляемый дисплей Брайля

Ещё больше удобств предлагает дисплей Брайля. Это не дисплей в обычном понимании, а такая коробочка, которая может отображать текстовую информацию в виде символов азбуки Брайля (40/80 символов одновременно, в портативных моделях — меньше). Среди недостатков такого типа устройств стоит отметить необходимость понимать азбуку Брайля (а большинство слепых этой техникой не владеют), а также очень высокую цену в виду сложности аппарата.

Для ввода информации самым примитивным способом является простая диктовка текста в микрофон, после чего специальное программное обеспечение распознаёт речь и переводит его в цифровую текстовую форму или команды управления. Оно всё чаще появляется в мобильных устройствах, что открывает перед незрячими большие возможности.

Более гибкие возможности у клавиатур Брайля. Они представляют собой устройство для ввода символов Брайля с помощью клавиш с тиснением. Часто функции чтения и ввода текста объединены в одном устройстве. Например, в верхней части расположены клавиши для набора текста, а нижняя часть используется как дисплей Брайля. Дополнительной функцией может быть и синтезатор речи, что делает устройство более универсальным и удобным для разнообразных ситуаций. Как, например, скринридер SuperNova с интегрированным дисплеем Брайля.

Cкрин-ридер SuperNova с интегрированным дисплеем Брайля

А вот и совсем «свеженькое». Летом прошлого года мы сообщали о выпуске первых в мире смарт-часов для незрячих, которые оснащены миниатюрным дисплеем Брайля. Подробнее о них можно узнать здесь.

⇡#Как вернуть зрение слепым?

В предыдущей части статьи мы сделали акцент на технологиях, которые больше ориентированы на пациентов с «пониженным зрением», но в некоторых случаях могут подойти и полностью слепым людям. Когда человек ещё не совсем ослеп, помочь ему всё же легче. А что же делать, когда удаётся в лучшем случае отличить свет от тьмы (четвёртая категория по Международной классификации) или когда человек вообще не различает свет (пятая категория)? Оказывается, современные технологии имеют рецепты и на такие случаи жизни. Тема так называемого бионического глаза, в котором задействованы такие элементы как процессор, видеокамера и передача информации по нейронам, уже поднималась в новостной ленте и, похоже, еще не раз поднимется.

Читая новостные заметки разных изданий, можно подумать, что бионический глаз – это абсолютное спасение для людей с проблемным зрением. Но журналисты иногда любят приукрасить действительность. Попробуем разобраться, что же действительно по силам новому изобретению?

http://www.suggestkeyword.com/

В настоящее время медицинская наука ещё не имеет возможности создать электронную замену для целого глаза. Определённые успехи наблюдаются лишь в разработке имплантатов, которые имитируют функциональность отдельных элементов зрительной системы и могут их заменить. То есть бионический глаз может помочь лишь при некоторых (и в большинстве случаев весьма редких) формах слепоты. Но встречающиеся невероятные факты возвращения зрения полностью ослепшим людям сами по себе не могут не привлечь нашего внимания.

Самые большие успехи пока достигнуты в области создания протезов сетчатки глаза. Проблемы с деградацией сетчатки глаза нередко наблюдаются у людей в пожилом возрасте. Рецепторы при старении всё слабее реагируют на свет и со временем вовсе атрофируются, что приводит к полной слепоте. Но нервные клетки сетчатки глаза и сам зрительный нерв ведь остаются целыми и работоспособными. Именно это и используется в большинстве разработок, которые стимулируют оставшиеся живые клетки. На данном этапе развития отрасли получаемое изображение имеет очень маленькое разрешение и является черно-белым. А ведь цветные Full HD-телевизоры тоже не сразу появились.

Первый коммерчески доступный имплантат — ARGUS

Выделяют два основных подхода к построению имплантата сетчатки (на самом деле способов есть больше, но лишь два из них наиболее часто используются в реальных прототипах) – эпиретинальный и субретинальный. Вся разница между ними в том, что первые размещаются на внутренней поверхности сетчатки, а вторые – между внешним слоем сетчатки и пигментным эпителием. Эпиретинальные имплантаты непосредственно стимулируют нервные узлы. Неотъемлемой частью такой системы является внешняя камера, которая захватывает изображение, обрабатывает его и передаёт беспроводным способом имплантируемому электроду. Внешний трансмиттер также необходим для обеспечения постоянным питанием имплантата. Чаще всего камера и видеочип монтируются на очки. К достоинствам такого подхода относятся скромные габариты имплантата и возможность совершенствования системы за счёт внешнего оборудования, то есть уже без дополнительного хирургического вмешательства. С другой стороны, сложность алгоритмов обработки изображения относят к недостаткам эпиретинальных имплантатов.

Субретинальные имплантаты имеют более простую структуру. Эта система включает массив микрофотодиодов, монтируемых на единственный чип. Системы такого типа зачастую имеют намного больше электродов по сравнению с эпиретинальными имплантатами, что позволяет передавать больше информации о цвете. Такие системы могут вовсе не включать очков, а так как чип с микрофотодиодами меняет положение вместе с движением глаза, то пациент при переводе взгляда не должен вращать головой, как в случае с эпиретинальной системой. Главным недостатком таких систем является нехватка падающего света для формирования микрофотодиодами достаточного по величине тока. Поэтому во многих случаях всё же приходится использовать внешний источник питания. Кроме того, существует риск повреждения сетчатки из-за перегрева имплантата.

ARGUS II – яркий пример эпиретинального подхода

Самым ярким примером эпиретинального подхода является устройство ARGUS (сейчас актуальна вторая версия протеза, ARGUS II). Этот имплантат интересен тем, что стал первым в мире таким устройством, одобренным FDA (Food and Drug Administration). В прошлом году ARGUS II стал официально продаваться в США. Имплантат рассчитан на частичное восстановление зрения страдающих пигментным ретинитом людей, которых в мире насчитывается около 1,5 млн. Проблема в том, что стоимость аппарата превышает $100 тыс., поэтому на реальную помощь пока могут надеяться немногие из них.

Также хотелось бы отметить разработку группы немецких исследователей MPDA Project Alpha IMS, которая является примером субретинального подхода. Чип использует массив микрофотодиодов, которые собирают свет и преобразовывают его в электрический ток. При этом, как и в большинстве таких систем, есть потребность во внешнем источнике питания.

Система Alpha IMS

В июне этого года опубликован отчёт о результатах клинических испытаний имплантата. В эксперименте участвовали 29 слепых пациентов. Благодаря устройству, им удалось повысить остроту зрения до 20/546. Четверо пациентов смогли читать тексты с помощью имплантата. А 13 участников отметили повышение комфорта при выполнении повседневных задач.

Из «свеженького» хочется выделить также разработку Стэндфордского университета, лицензированную французской компании Pixium Vision, – так называемую систему восстановления зрения PRIMA. Как и ARGUS, она создана для пациентов с дегенерацией сетчатки. Система включает три компонента: очки со встроенной мини-камерой, систему беспроводной передачи информации к электродам имплантата, а также карманный блок с процессором. Здесь мы видим своеобразное объединение эпиретинального и субретинального подходов: схема стандартна для эпиретинальных систем (включая смарт-очки), но для имплантата используется массив микрофотодиодов, как в субретинальных.

Бионический глаз по версии Pixium Vision

В отличие от системы Alpha IMS, в которой используется массивный имплантируемый источник питания с кабелями, пересекающими склеру, Pixium Vision предлагает беспроводной фотогальванический субретинальный протез с питанием от импульсов света.

Система PRIMA от Pixium Vision

Результаты исследований, опубликованные в журнале Nature Medicine, показали способность PRIMA частично восстанавливать зрение крыс с дегенерацией сетчатки. Конечно, по уровню развития PRIMA ещё далеко до коммерчески доступной ARGUS, зато авторы пообещали, что их система будет в пять раз превосходить по уровню улучшения зрения существующие решения. Среди достоинств PRIMA отмечается одновременная передача изображения и питания для имплантата, благодаря чему отдельный внешний адаптер питания уже не требуется. Устройство поможет слепым распознавать предметы и передвигаться, минуя препятствия. Клинические испытания PRIMA стартуют в 2016 году.

⇡#Примеры из жизни

Итак, пока что хай-тек-офтальмология может помочь далеко не во всех случаях. Если у вас пониженное зрение, то интеллектуальные очки, о которых мы говорили выше, и другие вспомогательные технологии вполне могут хотя бы существенно облегчить жизнь, если не полностью вернуть полноценное зрение. А вот с другими болезнями, ведущими к слепоте, ситуация пока намного сложнее. Некоторые проблемы можно решить «вшиванием» имплантата, но и это, к сожалению, доступно лишь избранным счастливчикам.

Однако закончить статью хотелось бы не этим, а примерами из жизни, когда высокие технологии действительно творили чудеса, возвращая людям способность видеть.

В начале года средства массовой информации подхватили проникновенную историю о том, как женщина, страдающая болезнью Штаргардта (наследственное заболевание макулярной области, то есть самого центра сетчатки) и, по сути, слепая, смогла увидеть своего новорождённого. Без очков eSight (о них мы упоминали выше) Кейт Бейц (Kate Beitz) видела окружающий мир как одно сплошное размытое пятно. Но высокие технологии позволили ей различать эмоции сына и даже увидеть схожесть его губ со своими. В Северной Америке уже почти две сотни людей являются счастливыми владельцами этих чудо-очков.

Катя Бейц смогла увидеть новорожденного сыночка

А вот воспоминания преподавателя Лондонского университета во Франции Ханны Томсон, которая провела два часа с Хиксом и его командой во время тестирования очков Assisted Vision (у Ханны зрение на грани слепоты — она практически ничего не видит): «Когда я их надела, я почувствовала себя персонажем из какой-то научной фантастики. Я взглянула на мир совсем по-другому. Предметы, которые я раньше совсем не могла видеть, пролетали мимо моих глаз как причудливые светло-фиолетовые тени». Ханне оказалось очень легко пользоваться очками. В считаные минуты она научилась ориентироваться с помощью их в пространстве и определять все препятствия. По её мнению, особенно полезными очки Assisted Vision могут быть при ярком солнечном свете. Её обычные очки в таких условиях ничем не могли помочь, и в яркий солнечный день было очень трудно уследить за ребёнком на прогулке.

Вот таким видит мир обладатель очков Assisted Vision

Историй таких людей, которым помогли технологичные приспособления, можно найти множество. Регулярно появляются сообщения и о счастливых обладателях бионического глаза. Совсем недавно манчестерские хирурги впервые имплантировали ARGUS II пациенту, страдающему возрастной макулярной дистрофией. Этот имплантат уже использовался в операциях не один раз, но пациентами были больные редкой болезнью — пигментным ретинитом. А вот макулярная дистрофия распространена в мире гораздо шире. В одной только Великобритании, таких больных насчитывается около полумиллиона человек. Интересно также отметить, что героем новости стал британец, которому уже целых восемьдесят лет.