Jak lze nahradit poškozený sluch a zrak?

Lidský mozek je nejdokonalejší výtvor přírody. Předčí všechny dosud známé počítače. Na jeho vstupu se nacházejí smyslové orgány, které mozek neustále zásobují proudem informací o vnějším světě a o dění uvnitř těla. Výstupy z mozku řídí činnost tělesných orgánů a vysílají zprávy vnějšímu světu, například ve formě lidské řeči. V důsledku četných patologických stavů může dojít k zablokování činnosti smyslových orgánů. Příčinou může být působení mikrobů a virů nebo toxických látek, poranění, ale i dědičná onemocnění vázaná na geny. Jak si moderní medicína počíná s protézováním neboli nahrazováním těchto činností?

 

První pokusy v tomto směru pocházejí již z 60. let minulého století: anglický badatel G. S. Brindley z univerzity v Cambridge uveřejnil v roce 1968 výsledky svých pokusů, při nichž vhojil do zrakové kůry nevidomého pacienta matici osmdesáti elektrod a snažil se o vyvolání záblesků, které by se nakonec naučil pacient systematicky rozeznávat. Pracovní představa byla, že si pacient osvojí následkem trénování schopnost získávat takto zrakové informace a někdy později snad bude schopen i číst. I když Brindley tvrdil, že na základě jeho prototypu bude možné vyvinout zrakovou neuroprotézu, jeho záměr se neuskutečnil.

 

Potrvá ještě mnoho let, než budeme schopni protézovat zrak. Hlavní příčinou tohoto neutěšeného stavu je, že ztráta zraku se obvykle pojí se zánikem funkce celé sítnice. Ta představuje neuvěřitelně komplikovaný systém receptorů, nervových a gliových (podpůrných) buněk, o jejichž funkci zatím víme jen velmi málo.

 

V téměř stejné době jako G. S. Brindley ve Velké Británii se zabývali badatelé na několika místech světa vývojem elektronické náhrady ztraceného sluchu. V Austrálii to byl především fyziolog a otolaryngolog Graeme Clark, který vyzkoušel nejprve na opicích a později u pacientů stimulaci sluchového nervu pomocí vhojených elektrod. Jiná slupina vědců prováděla podobné pokusy v Houseově ústavu v Los Angeles. Vytvořit smysluplnou a fungující sluchovou neuroprotézu se ukázalo jako mnohem jednodušší než v případě náhrady zraku.

 

U ztráty sluchu jde totiž v naprosté většině o to, že pacientovi zcela schází anebo má nefuknční tzv. receptorové – vláskové buňky. V lidském vnitřním uchu se jich normálně nachází 3500 a pojí se s čtyřiceti tisíci vlákny sluchového nervu. Kromě toho je vnitřní ucho vybaveno ještě 12 tisíci vnějších vláskových buněk, díky kterým můžeme slyšet i velice slabé zvuky. Naproti tomu má lidské oko 125 milionů receptorů, tyčinek a čípků, které předávají informaci mnoha nervovým buňkám sítnice, a tuto informaci přenáší do mozku jeden milion vláken zrakového nervu.

 

Zrakové protézy

 

Již z porovnání uvedených čísel vyplývá, že nahradit sítnici znamená mnohem náročnější úkol. Při nejčastější chorobě sítnice, degenerativním onemocnění retinitis pigmentosa, odumírají buňky pigmentového epitelu relativně pomalu a s nimi zanikají i příslušné receptory. Úlohou implantátu je převzít funkci zaniklých receptorů a převést informaci na přežívající buňky gangliové. Proto se umisťují pokusné implantáty nejčastěji ve formě destičky s maticí dráždicích elektrod buď na povrchu sítnice, epiretinálně, nebo mezi vrstvou receptorů a pigmentovou výstelkou, tzn. subretinálně. Vstup matice elektrod pochází obvykle z miniaturní kamery umístěné před okem. Signál z kamery se do oka může přenášet také miniaturním laserem, jehož paprsek dopadá na fotodiodu umístěnou v oku. Epiretinální či subretinální verzi implantátu dnes vyvíjí několik laboratoří na světě, nevidomí jimi mohou velmi hrubě rozeznat rozhraní tmy a světla.

 

Kochleární implantáty

 

Odlišná a mnohem pozitivnější je situace na poli protézování sluchu. Zde se potýkáme pouze s náhradou zaniklých receptorů vnitřního ucha, resp. jeho sluchové části. Frekvence zvuku vstupujícího do zvukovodu se zjišťují v kochleárním implantátu v elektronickém čipu umístěném v závěsné části zařízení za uchem. Obsahuje kromě elektronického frekvenčního filtru i vysílací cívku, která přenáší signály v digitální podobě na vhojenou cívku pod kůží. Z implantovaného přijímacího obvodu vychází svazek několika desítek miniaturních elektrod – drátků, které se zakončují v různých částech hlemýždě. Elektrickým proudem se dráždí vždy jen malá oblast hlemýždě a v závislosti na místě zakončení drátku – elektrody vzniká vjem nízkého nebo vysokého tónu. Nutnou podmínkou je přítomnost funkčních vláken sluchového nervu. Ty pak přenesou informaci do centrálního sluchového systému.

 

Kochleární implantáty dnes úspěšně používá přes 100 tisíc původně neslyšících na světě. V České republice byla nedávno provedena pětistá implantace, a to na otolaryngologické klinice 2. LF UK v Praze-Motole, jež operuje kochleární implantát, označovaný také jako sluchová neuroprotéza, dětským pacientům. I dospělí dostávají kochleární implantát v Motole – na Klinice otorinolaryngologie a chirurgie hlavy a krku 1. LF UK.

 

Kochleární implantáty dostávají nejčastěji neslyšící děti. Naučí se díky nim vnímat svět zvuků, navíc se u nich rozvine schopnost rozumět řeči a naučí se mluvit – ale pouze tehdy, když se implantát vhojí v raném období vývoje, nejlépe v prvních dvou letech. V pátém roce života se okno pro rozvoj řeči uzavírá a zůstává jen schopnost vnímat zvuky.

 

Samotná implantace zařízení (u nás je každoročně zavedeno asi 40 neslyšícím) ještě není zárukou, že pacient bude dobře slyšet, porozumí řeči a – v případě malých dětí – že se naučí mluvit. Po implantaci následuje dlouhá rehabilitace, kdy se postupně zlepšuje vnímání zvuků. Pokrok a výsledky v tomto směru jsou individuální. Ve většině případů nositelé implantátu rozumějí mluvené řeči a komunikují bez použití znakové řeči.

 

Nové experimenty

 

Výsledky některých studií, zabývajících se nahrazováním spojů lidského mozku se světem, sahají někdy až do oblasti science fiction. Jedna z nich pochází z laboratoře F. Guenthera z bostonské univerzity ve Spojených státech a zaměřuje se na pacienty s amyotrofi ckou laterální sklerózou – onemocněním, kdy se funkce mozku do značné míry zachovává, ale postupně se zhoršuje ovládání mluvidel, a tím možnost komunikace se světem. Neuvěřitelný výsledek této práce? Vědci vyvinuli zařízení schopné generovat na základě povelů z pacientova mozku samohlásky. Zatím jeho výkon nedosáhl takové úrovně, aby pacient mohl ovládat složitější souhlásky.

 

Výzkum v tomto směru na bostonské univerzitě pokračuje. Práce však naznačila možné cesty, jak bude možné protézovat komunikaci mezi mozkem a světem i u velmi těžkých defektů senzorických a motorických drah. Science fiction se v tomto případě stává skutečností. Plné znění článku viz www.sanquis.cz

 

Výsledky některých studií sahají až do oblasti science fiction

 

O autorovi: prof. MUDr. Josef Syka, DrSc. Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i., Praha