Уже более десяти лет ученые бьются над созданием искусственных цифровых сетчаток, которые могли бы имплантироваться внутрь глаз и возвращать людям зрение. Увы, идею довольно сложно реализовать на практике. Реализация замысла сталкивается со множеством технических препятствий. Но, по крайней мере, главную проблему ученые Стэнфордского университета только что решили.
Главной проблемой, как ни странно, являлся перегрев. Для работы искусственной сетчатке требуется подключение к маленькому компьютерному чипу с большим количеством металлических электродов. Сначала эти электроды фиксируют активность окружающих их нейронов и создают карту расположения клеток разных типов. Затем эта информация используется для передачи визуальных данных с камеры в мозг. К сожалению, глаз генерирует такое количество данных, что электроника не справляется и становится слишком горячей.
“Чипы, необходимые для создания высококачественной искусственной сетчатки, по сути, сжигают человеческие ткани, с которыми пытаются взаимодействовать”, - говорит доктор Чичильницкий, профессор нейрохирургии Стэнфордского университета и один из разработчиков проекта.
Члены команды доктора Чичильницкого решили эту проблему путем сжатия визуальных данных, которые генерируются нейронами в глазу. Для передачи визуальной информации нейроны сетчатки отправляют в мозг электрические импульсы. Цифровая сетчатка должна считывать и декодировать эти импульсы, но процесс оцифровки порождает много тепла. Это становится проблемой даже в современных прототипах, имеющих низкое разрешение и снабженных несколькими сотнями электродов. Цифровая сетчатка, которая сможет дать человеку полноценное зрение, должна будет иметь десятки тысяч таких электродов. А значит, проблема усугубится.
Но профессор электротехники Стэнфорда Борис Мурман утверждает, что объем данных можно снизить без потери качества картинки. Для этого необходимо задействовать анализ, который позволит чипу понимать, какие данные могут быть проигнорированы, а какие нужно кодировать. По словам профессора, это похоже на то, как на шумной вечеринке вы пытаетесь вести связный разговор. Ваш мозг умудряется вычленять голос собеседника из общего шума, отдавая ему приоритет. Остальные звуки просто игнорируются.
“Мы сжимаем данные, избирательно игнорируя шумовые сигналы и оцифровывая только уникальную важную информацию”, - говорит Мурманн.
Ранее оцифровка и сжатие производились отдельно, что приводило к увеличению числа цифровых компонентов. Но и эту проблему ученые решили. “Наше нововведение интегрирует алгоритмы сжатия в процесс оцифровки”, - говорит Субхасиш Митра, профессор электротехники и информатики и один из участников проекта. По его словам, решение выполнено на аппаратном уровне.
По словам разработчиков, алгоритм сжатия довольно прост. Каждый сигнал глазного нейрона имеет волнообразную форму, которая позволяет определить, какая именно клетка его сгенерировала. Это важно, поскольку в глазу разные клетки имеют разные функции. Всякий раз, несколько электродов в искусственной сетчатке регистрируют идентичные сигналы, они рассматриваются как “повторные” и игнорируются. С другой стороны, когда уникальный образец сигнала фиксируется одним электродом, он считается важным, а потому получает высокий приоритет. Такой метод оцифровки теряет около 5% визуальных данных, но снижает общий поток информации в 40 раз.
Это - потрясающий результат, который открывает путь к созданию эффективных и холодных имплантируемых чипов. Такие чипы могут работать не только в глазу, но использоваться в разработке прямых интерфейсов “мозг-компьютер”. Проще говоря, ученые не только приблизили создание имплантов цифрового зрения, но и, потенциально, улучшили технологию прямого подключения человека к машине.
