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Agenzia Internazionale per la Prevenzione della Ciecità - sezione italiana onlus

OCCHIO BIONICOProtesi retinica elettronica (Foto: www.artificialretina.energy.gov)
Una retina elettronica può ridare parzialmente la vista: in diversi casi si riescono ad apprezzare le sagome. L'intervento sperimentale si può effettuare solo in alcuni casi: il nervo ottico deve essere integro e la retina deve aver conservato un minimo di vitalità. Il primo impianto sottoretinico è stato effettuato presso l'Università di Tubinga (Germania), mentre in Italia la sperimentazione viene condotta presso l'Azienda ospedaliera dell'Università di Pisa


Che cos’è l’occhio bionico?

Con questa espressione si indica un dispositivo elettronico che consente a chi è non vedente di recuperare in parte la vista. Quando l'intervento ha successo la visione centrale è esclusivamente per 'fotogrammi' successivi in una scala di grigi. Tale tipo di visione, ancora relativamente rudimentale, consente comunque di riconoscere le sagome e, in alcuni casi, permette di leggere grandi lettere molto contrastate (in colore bianco su sfondo nero).  

Com'è fatto?
La protesi retinica bionica è costituita da diverse componenti. Nel tipo più avanzato c'è una "retina elettronica" su cui si trovano i "sensori artificiali" che permettono di captare la luce (che sostituiscono i fotorecettori naturali); essi trasmettono i segnali elettrici al cervello attraverso il nervo ottico. Per questo è necessario che tale nervo sia intatto: non deve essere stato danneggiato da nessuna malattia oculare perché altrimenti gli impulsi bioelettrici non riescono ad arrivare sino alla corteccia cerebrale visiva. Inoltre la retina naturale deve avere preservato un minimo di vitalità (si tratta, in sostanza, di uno "stimolatore retinico").

Come si vede con l’occhio artificiale?
Nel migliore dei casi si può recuperare solo una parte della visione centrale (15-20°): le immagini si presentano per flash successivi (5-7 fotogrammi al secondo) e sono composte da tanti quadratini (pixel) in bianco e nero, come tanti mosaici che si presentano in sequenza (la visione si presenta nell'insieme con diverse tonalità di grigio). Già a novembre 2010 in Germania erano stati impiantati undici chip da 1500 pixel e all'inizio del 2013 è stato pubblicato uno studio - sempre firmato dall'università di Tubinga - effettuato su altre nove persone. Il progresso è evidente se si pensa che precedentemente la risoluzione era - nella versione del progetto internazionale denominata Argus II* - di 60 pixel (6x10), lo stesso impianto utilizzato sperimentalmente in Toscana, mentre la versione ancora precedente era di soli 16 pixel (Argus I). Tuttavia la nuova versione della protesi retinica Argus III, attualmente in fase di progettazione, sarà probabilmente costituita da 240 elettrodi. Inoltre esiste la protesi retinica di Boston, che può contare su 100 elettrodi.Chip sottoretinico fotosensibile del tipo impiantato presso l'Università di Tubinga (Germania)

Dove si sono effettuati impianti di 'occhi bionici'?
Nel 2012 l'impianto è stato effettuato con successo su due persone in Inghilterra e su sette persone in Germania. In Italia l'unica sperimentazione, allo stato attuale, iniziata nel 2011 è in corso a Pisa usando Argus II (dove, all'inizio del 2014, risultano operate otto persone). Secondo una ricerca presentata all'ARVO - l'appuntamento più importante dell'oculistica mondiale che si è svolto dal 4 all'8 maggio 2014 in Florida - le persone a cui è stata impiantata questa protesi retinica riescono a riconoscere mediamente sagome di oggetti della vita quotidiana in un terzo dei casi (32,8%).
Per essere considerati adatti all’impianto, i malati devono essere stati di solito colpiti da una malattia genetica rara come la retinite pigmentosa (che provoca la perdita progressiva del campo visivo). Tra le condizioni indispensabili: integrità del nervo ottico, un minimo di vitalità delle cellule retiniche e condizioni oculari che consentano l'impianto della protesi elettronica retinica senza troppi problemi. In circa un decimo degli interventi si sono avute gravi reazioni avverse. 

Quali sono gli esperimenti più recenti?
Un articolo è stato pubblicato sugli Atti della Royal Society il 20 febbraio 2013: cinque persone su nove prima cieche (mera percezione della luce senza una sua localizzazione) hanno potuto leggere grandi caratteri [13]. Ora sono considerate ipovedenti e, dunque, non più cieche. Già il 3 novembre 2010 era stato pubblicato un articolo, sempre sugli Atti della Royal Society [9], da un'équipe di ricercatori tedeschi diretta anche in questo caso dall'università di Tubinga, che per la prima volta ha impiantato il chip sottoretinico da 1500 pixel (all'incirca una matrice 38x40 di diodi fotosensibili, della grandezza di 3,1x3 millimetri). In questo esperimento l'intervento chirurgico era stato effettuato su undici pazienti malati di retinite pigmentosa e uno di coroideremia (coroide denudata), ma aveva avuto successo solo in 3 casi. Quello tedesco può essere, almeno al momento in cui scriviamo, il dispositivo più avanzato al mondo.Chip-sensore collocato sotto la retina (Fonte: Proceedings of the Royal Society) Lo stesso impianto è stato utilizzato dall'Università di Oxford, che all'inizio di maggio 2012 ha annunciato pubblicamente il successo dell'operazione su due persone (sempre affette da retinite pigmentosa). Comunque l'impianto, che viene collocato sotto la retina in corripondenza della sua zona centrale (macula), funge da 'stimolatore' dei neuroni retinici.

Anche in Italia è stato effettuato il primo intervento presso l'Azienda ospedaliero-universitaria di Pisa. Il primo paziente è stato operato nel 2011 (60 anni, affetto da una grave forma di retinite pigmentosa, ora vede per flash successivi al centro del campo visivo).  

Precedentemente (nel 2008) diversi ricercatori tedeschi dell'Università di Marburg, Aquisgrana ed Essen avevano testato per quattro settimane dispositivi che arrivano a una risoluzione di 400 pixel (20x20); condizione indispensabile è, ancora una volta, il corretto funzionamento del nervo ottico, affinché esso possa essere stimolato artificialmente per trasportare i segnali bioelettrici dalla retina artificiale collocata sul fondo dell'occhio alla corteccia visiva.

In Inghilterra si è ottenuto un risultato accettabile (sempre nell'ambito del progetto Argus II): i risultati, resi noti a marzo 2009, sono stati incoraggianti perché un cieco di 73 anni - che aveva perso la vista a causa della retinite pigmentosa - è tornato pazialmente a vedere grazie a un'operazione chirurgica effettuata presso l'Ospedale Moorfields di Londra. Ora percepisce luci e ombre, riesce a individuare sullo schermo un riquadro bianco su uno sfondo nero, può seguire una larga linea bianca tracciata per terra (per il video della Bbc clicca qui). Il paziente ha la possibilità di svolgere compiti quotidiani che in precedenza gli erano preclusi. Anche un paziente finlandese di 46 anni, Miikka Terho, si è mostrato entusiasta dopo l'intervento eseguito in Germania: "Persino avere una capacità limitata di vedere grazie al chip - ha dichiarato alla Bbc - giova all'orientamento, sia che si possa camminare in qualche luogo sia che si riesca a vedere qualcosa che si trova davanti a sé, persino se non si apprezzano tutti i dettagli fini dell'oggetto".

Il 27 novembre 2009 era stata data notizia di un cinquantunenne di Stretford (Inghilterra) che, pur avendo perso la vista quand'era ventenne a causa della retinite pigmentosa, è riuscito a leggere sullo schermo parole molto brevi scritte con grandi caratteri. L'occhio bionico gli è stato impiantato presso il Manchester Royal Eye Hospital (Gran Bretagna).  Da anni ormai si lavora a una protesi intelligente capace di restituire parzialmente la vista ai non vedenti. 
 Occhio bionico Argus II (Immagine Second Sight)

In che cosa consiste questo sistema?
Possiamo distinguere due grandi famiglie di dispositivi: quelli con chip collocato sopra la retina (epiretinici) e quelli con chip impiantato sotto la retina (sottoretinici o subretinici).
Cominciamo con l'impianto intraoculare epiretinico, che consta generalmente di:

1) un paio di occhiali dotati di telecamera e trasmettitore senza fili (wireless);
2) ricevitore (inserito nella parte anteriore dell'occhio oppure collocato esternamente);
3) impianto retinico (poggiato sul fondo oculare);
4) batterie.

Per quanto riguarda, invece, l'impianto sottoretinico le parti principali sono:
1) chip collocato sotto la retina dotato di sensori sensibili alla luce;
2) alimentatore e trasmettitore/ricevitore esterni;Chip sottoretinico
3) batterie;
4) palmare.

Come funziona?

Nel caso dell'impianto epiretinico la telecamera è contenuta in speciali occhiali e le immagini codificate - elaborate da un minicomputer che si trova sulla cintola  - vengono trasmette senza fili (per mezzo di onde radio) a un dispositivo collocato sull'asticella degli occhiali (ricevitore). Quest'ultimo invia poi i dati dell'immagine al microprocessore sulla retina che, a sua volta, trasmette poi gli impulsi al nervo ottico naturale (il quale deve essere sano), che arrivano alla corteccia cerebrale visiva e vengono poi elaborate.

Nel caso dell'impianto sottoretinico, invece, la telecamera non è necessaria: il vantaggio di questa protesi è, tra l'altro, che essa segue il movimento dei bulbi oculari e non quello della testa su cui si trova la montatura contenente la microtelecamera. Dunque le microsaccadi (rapidi movimenti oculari spontanei) consentono di stimolare continuamente le cellule nervose retiniche ancora vitali, mentre con l'impianto epiretinico il paziente è obbligato a oscillare con la testa per rinnovare la percezione dell'immagine (oltre a dovere muovere tutto il capo per inquadrare ciò che desidera).

Qual è il tasso di successo dell'impianto della retina elettronica?
Secondo uno studio pubblicato on-line ad ottobre 2012 (su Archives of Ophthalmology) l'impianto sperimentale di retina elettronica ha un tasso di successo del 54% (15 ciechi su 28 a cui è stata impiantata la protesi elettronica da 60 elettrodi sopra la retina), dunque poco più della metà. La percentuale non è particolarmente alta almeno se si pensa che, comunque, è necessario un complesso intervento chirurgico che riguarda, nella quasi totalità dei casi, solo malati di retinite pigmentosa con determinate caratteristiche. Tuttavia, con l'affinamento delle tecniche chirurgiche questa percentuale è destinata ad aumentare.
Impianto da 1500 pixel collocato sotto la retina da una équipe guidata dalla Università di Tubinga (Fonte: Proceedings of the Royal Society, 3 novembre 2010) 
Qual è il tipo d'impianto più efficace?
Secondo una disamina di studi precedenti pubblicati sul British Journal of Ophthalmology nel 2014, il dispositivo Alpha-IMS (impianto sottoretinico) consente di ottenere un'acutezza visiva maggiore (0,36 decimi) ma un campo visivo ridotto (15°) rispetto all'Argus II (impianto epiretinico: 0,16 decimi con 20° di campo visivo). Pertanto la prima protesi può offrire migliori prestazioni nella visione centrale (comunque sempre molto limitata) mentre la seconda, dotata di videocamera esterna, offre una maggiore ampiezza visiva; la performance della protesi retinica di Boston, invece, non è ancora stata resa nota. 
Argus II è stata approvata sia dall'Unione europea (marchio CE) che dalla FDA statunitense. Tuttavia, gli autori dello studio concludono che l'occhio bionico Alpha-IMS sarà probabilmente il dispositivo di maggior successo considerati i criteri di disponibilità clinica, di ripristino potenziale della visione e di una biocompatibilità a lungo termine.

Che prospettive ci sono al giorno d’oggi?
Ciò a cui si mira, ovviamente, è aumentare la risoluzione per ottenere un riconoscimento fine dei volti e degli oggetti, possibilmente migliorando anche la fluidità delle immagini (per ora si vede per 'fotogrammi' successivi e si possono cogliere sagome, riflessi, grandi oggetti anche in movimento, grandi lettere in bianco su sfondo nero); inoltre, la visione a colori non è ancora possibile ottenerla.

In un esperimento tedesco relativamente recente (pubblicato il 20 febbraio 2013 negli Atti della Royal Society) in 5 soggetti si è arrivati a una visione di un'ampiezza di circa 10°x10° (15° in diagonale perché il campo visivo ha la forma di un rombo). "Tre soggetti - scrivono i ricercatori guidati dall'Università di Tubinga - sono stati capaci di leggere lettere spontaneamente e un soggetto è stato in grado di leggerle dopo uno specifico addestramento consistente in un test a risposta forzata tra più alternative". Secondo gli stessi ricercatori "gli impianti subretinici possono ripristinare le funzioni visive utili nella vita quotidiana". Tuttavia bisogna differenziare un caso dall'altro. Infatti sette persone su nove sono state in grado di localizzare la luce, ma solo cinque di esse sono riuscite a notare il movimento di persone od oggetti. Se poi si valuta l'acuità visiva solo due persone su nove sono riuscite ad apprezzare gli anelli di Landolt (C di colore bianco su sfondo nero).

Visti i rapidi progressi tecnologici sarà solo questione di tempo perché la definizione aumenti.  Attualmente, tuttavia, è prematuro parlare di una visione artificiale simile a quella naturale. È bene, inoltre, accostarsi a questa materia con la dovuta cautela, nonostante le speranze di molti ciechi e dei loro cari. Infine, è il caso di ribadire che solo in determinati casi di cecità l’impianto è possibile. A scanso d'equivoci, potremmo dire che, in generale, ancora oggi gli ipovedenti vedono spesso meglio di quanto veda chi è si è sottoposto a un impianto di retina elettronica.

Leggi anche:
- "Ecco l'occhio bionico senza fili" (22 febbraio 2013)
- "Chip impiantato sotto la retina" (9 novembre 2010)
- "Occhio bionico, ecco lo stato dell'arte" (Prof. A. Reibaldi).

Vedi i seguenti video:
"Visione artificiale wireless" (Proceedings of the Royal Society, 20 febbraio 2013)
"Occhio bionico entro il 2020" (Università di South Wales, Sydney, Australia)


Bibliografia e sitografia

1. Yanai D, Weiland JD, Mahadevappa M, Greenberg RJ, Fine I, Humayun MS.: “Visual performance using a retinal prosthesis in three subjects with retinitis Pigmentosa”, Am. J. Ophthalmol. 2007 May;143(5):820-827. Epub 2007 Mar 23.
2. Shah S, Hines A, Zhou D, Greenberg RJ, Humayun MS, Weiland JD.: “Electrical properties of retinal-electrode interface”, J Neural Eng. 2007 Mar;4(1):S24-9. Epub 2007 Feb 20
3. Shah S, Chu A, Zhou D, Greenberg R, Guven D, Humayun M, Weiland J.: “Intraocular impedance as a function of the position in the eye, electrode material and electrode size”, Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2004;6:4169-71
4. Xiao X, Wang J, Liu C, Carlisle JA, Mech B, Greenberg R, Guven D, Freda R, Humayun MS, Weiland J, Auciello O.: “In vitro and in vivo evaluation of ultrananocrystalline diamond for coating of implantable retinal microchips” J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 2006 May;77(2):273-81.
5. Andrea Tarquini, "Chip nell'occhio per ridare la vista. Il mondo, per ora, in bianco e nero", La Repubblica, 12 marzo 2008.
6. Bbc
on-line, "Bionic Eye gives blind man sight", 4 marzo 2009.
7.
Link esterni (in inglese): Times; Telegraph; Università di Stanford, Artificial Retina, Times (2)
8. Bbc on-line, "Implanted chip 'allows blind people to detect objects", 3 novembre 2010.
9. Proceeding of the Royal Society: "Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words", Eberhart Zrenner et al., Proc. R. Soc. B, published online 3 November 2010 (doi: 10. 1098/rspb.2010.1747), trad. italiana pubblicata su "Oftalmologia Sociale", n. 1 del 2011 (pp. 37-50).
10. Corriere della Sera, "Occhio bionico, primo impianto a Pisa", 2 novembre 2011.
11. Sito della Oxford University, maggio 2012.
12. Dorn JD, Ahuja AK, Caspi A, et al., "The Detection of Motion by Blind Subjects With the Epiretinal 60-Electrode (Argus II) Retinal Prosthesis". Arch Ophthalmol. 2012;():1-7. doi:10.1001/2013.jamaophthalmol.221.
13. Katarina Stingl, Karl Ulrich Bartz-Schmidt, Dorothea Besch, Angelika Braun, Anna Bruckmann, Florian Gekeler, Udo Greppmaier, Stephanie Hipp, Gernot Hörtdörfer, Christoph Kernstock, Assen Koitschev, Akos Kusnyerik, Helmut Sachs, Andreas Schatz, Krunoslav T. Stingl, Tobias Peters, Barbara Wilhelm and Eberhart Zrenner, "Artificial vision with wirelessly powered subretinal electronic implant alpha-IMS", published online February 20, 2013, doi: 10.1098/rspb.2013.0077, Proceedings of the Royal Society, B, April 22, 2013, 280 1757 20130077; 1471-2954
14. Benedetta Morbelli, "Retinite pigmentosa: buoni risultati dai primi impianti del sistema Argus II", Osservatorio Malattie Rare, 21 gennaio 2014
15. Foundation Fighting Blindness, "Argus II Retinal Prosthesis to be Offered at 12 U.S. Clinical Centers", 28 giugno 2013
16. A. T. Chuang, C. E. Margo, P. B. Greenberg, "Retinal Implants: A Systematic Review", British Journal of Ophthalmology, 2014;98:852-856 doi:10.1136/bjophthalmol-2013-303708

Nota
* Il 14 febbraio 2013, dopo oltre 20 anni di ricerche, l'azienda produttrice di Argus II ha ricevuto l'approvazione ufficiale della Food and Drug Administration (FDA) per la vendita della protesi retinica per le persone all'ultimo stadio di retinite pigmentosa. Questa notizia segue l'approvazione del dispositivo, da parte dell'Unione europea, avvenuta nel 2011. Entro la fine del 2013 l'impianto della protesi retinica Argus II si è reso ufficialmente disponibile in 12 cliniche oculistiche americane (negli Usa si è, quindi, usciti  dalla fase sperimentale).

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Pagina pubblicata il 20 aprile 2009. Ultima revisione scientifica: 16 giugno 2014. Ultimo aggiornamento: 30 luglio 2014