Technologie, die zuerst auf den Himmel abzielte, macht jetzt "super" menschliches Sehen möglich

Technologie, die zuerst auf den Himmel abzielte, macht jetzt "super" menschliches Sehen möglich
Technologie, die zuerst auf den Himmel abzielte, macht jetzt "super" menschliches Sehen möglich
Anonim

Anpassung einer Technologie, die ursprünglich von Astronomen entwickelt wurde, um bessere Bilder des Himmels zu erh alten. Ein Wissenschaftler der University of Rochester hat ein optisches System entwickelt, das Forschungssubjekten eine beispiellose Qualität des Sehvermögens ermöglicht. Die Forschung verbessert das Sehvermögen sogar von Menschen mit einem Sehvermögen von 20/20 dramatisch. Vision-Wissenschaftler David Williams präsentierte seine Arbeit diese Woche beim Sommertreffen der American Astronomical Society in Rochester, N.Y.

Während sich die Arbeit noch in der Forschungsphase befindet, hat der Augenpflege-Riese Bausch & Lomb die Technologie lizenziert und arbeitet mit Forschern der Universität zusammen, um sie zu kommerzialisieren.

"Seit Jahren erforscht David weit vorne, wie wir das Sehvermögen der Menschen über das hinaus verbessern können, was normalerweise als perfektes Sehen angesehen wird", sagt Scott MacRae, einer der weltweit führenden Hornhautspezialisten und ein weithin anerkannter Pionier in der refraktive Chirurgie. MacRae wechselt diesen Monat zum Medical Center der Universität, um sich Williams bei der neu gegründeten Alliance for Vision Excellence anzuschließen, einer neuen Zusammenarbeit zwischen der Universität und Bausch & Lomb, die sich der Verbesserung der Technologie zur Korrektur sehbeeinträchtigender Anomalien des Auges verschrieben hat.

"Früher", sagt MacRae, "haben wir nur versucht, die Sehprobleme der Menschen zu korrigieren und Krankheiten zu behandeln. Diese neue Forschung nimmt das, was wir als normales Sehvermögen betrachten, und verbessert es. Das ist wirklich revolutionär", sagt MacRae, der ein Buch über solche Forschungen schreibt, die er „die Suche nach Supervision“nennt. Erst im vergangenen Monat widmeten sich Forscher aus mehreren Labors und Unternehmen auf der Jahrestagung der Association for Research in Vision and Ophthalmology dem Thema Enhanced Vision ein ganzes Symposium.

Williams verwendet eine als adaptive Optik bekannte Technologie, die ursprünglich von Astronomen entwickelt wurde, um Bilder von Teleskopen durch Korrektur von Aberrationen in der Atmosphäre zu schärfen. An mehreren Teleskopen, einschließlich des riesigen Keck-Teleskops auf Hawaii, wurde adaptive Optik implementiert, was zu bemerkenswert scharfen Bildern führte. Williams, der Allyn-Professor für medizinische Optik und Direktor des Zentrums für visuelle Wissenschaft der Universität ist, hat jahrzehntelange Bemühungen geleitet, die Technologie zur Verbesserung des normalen menschlichen Sehvermögens einzusetzen.

Seine Forscher richten einen ungefährlichen, stark gebündelten Lichtfleck in das Auge einer Versuchsperson und messen das nach außen reflektierte Licht. Dieses Licht bietet einen Einblick oder eine Momentaufnahme der Topographie des Auges in exquisiten Details. Das Licht wird in 217 Laserstrahlen zerlegt, die an ein ausgeklügeltes Gerät gesendet werden, das als Wellenfrontsensor bekannt ist. Der Sensor analysiert Abweichungen im Weg jedes Strahls und deckt winzige Unvollkommenheiten oder Aberrationen auf, die in der Hornhaut und Linse der Person vorhanden sind.

Das System erkennt visuelle Verzerrungen, die so subtil sind, dass die Ärzte nicht einmal wussten, dass sie existierten, bis das Labor von Williams das System erfand. Heute konzentriert sich ein Besuch beim Augenarzt hauptsächlich auf zwei Arten von Aberrationen: Astigmatismus und Defokussierung. Die meisten Rezepte sollen diese beiden Defekte korrigieren. Das System von Williams kann bis zu 65 verschiedene Aberrationen messen.

Diese präzisen Messungen werden an einen empfindlichen "verformbaren" Spiegel gesendet - einen Spiegel, der seine Form entsprechend den Augenmaßen einer Person biegen und anpassen kann. Solche flexiblen Spiegel bilden das Herzstück traditioneller adaptiver Optiksysteme, die in der Astronomie verwendet werden. Der Spiegel in Williams Labor ist ein zwei Zoll breites Gerät, das sich dank 37 winziger computergesteuerter Kolben nur um ein oder zwei Mikrometer (nur ein Fünfzigstel der Breite eines menschlichen Haares) verbiegt. Diese subtile Formgebung, die in Reaktion auf die individuellen Messungen des optischen Systems einer Person erfolgt, verändert das Licht so, dass es den spezifischen Verzerrungen im Auge einer Person genau entgegenwirkt.

Im Labor hat das Team von Williams gezeigt, dass die Korrektur dieser Unvollkommenheiten zu einer stark verbesserten Sehkraft führen kann. Er hat diese Arbeit im Journal of the Optical Society of America veröffentlicht.

"Wenn Sie durch ein Gerät mit adaptiver Optik schauen, sieht die Welt schärfer aus", sagt Williams. „Bei manchen Menschen ist die Fähigkeit, Kontraste wie winzige Streifenmuster wahrzunehmen, um den Faktor sechs erhöht. Dies ermöglicht eine Sehkorrektur auf einem Niveau, das heute einfach nicht verfügbar ist.

"Es ist, als bräuchte man eine Brille und bekommt sie zum ersten Mal. Alles sieht plötzlich schärfer und klarer aus, egal wie gut Ihre Augen normalerweise sind. Wenn Sie das adaptive Optiksystem verwenden, sagen Sie einfach: 'Wow. '"

Williams ist Experte für die Sch altkreise der menschlichen Netzhaut und die Optik des Auges. Nachdem er einige der grundlegenden Grenzen des optischen Systems des menschlichen Auges entdeckt hatte, begann er nach Wegen zu suchen, um das normale menschliche Sehvermögen zu verbessern, und arbeitete schließlich eng mit Astronomen und anderen Experten für adaptive Optik zusammen.Die Forschung wird nun vom National Science Foundation Center for Adaptive Optics (mit Sitz an der University of California, Santa Cruz), dem National Eye Institute und Bausch & Lomb finanziert.

Williams hat herausgefunden, dass die Sehschärfe des menschlichen Auges irgendwo um 20/10 liegen kann. Während die adaptive Optik den Patienten eines Tages helfen könnte, sich diesem Niveau zu nähern, ist die Sehschärfe nicht die auffälligste Verbesserung, sagt er. Die adaptive Optik verbessert das Sehvermögen am meisten bei schlechten Lichtverhältnissen, wie z. B. beim Fahren in der Nacht. MacRae, der Experte für Laserchirurgie, schätzt, dass ein Fahrer, der sich in der Abenddämmerung die Straße mit einem Radfahrer teilt, den Radfahrer aus etwa doppelt so großer Entfernung sehen könnte, wenn er oder sie mit einer adaptiven optischen Korrektur ausgestattet wäre.

In der Vergangenheit hat Williams das System benutzt, um ihm in die Augen zu sehen. In einer Reihe von Artikeln in Fachzeitschriften wie Nature hat Williams Team die besten Bilder veröffentlicht, die jemals von der lebenden menschlichen Netzhaut erh alten wurden. Letztes Jahr war das Team in der Lage, die drei Arten von Zapfen in der lebenden menschlichen Netzhaut zu unterscheiden.Detaillierte Informationen über das Auge sind hilfreich für Augenärzte, die Patienten mit Krankheiten wie altersbedingter Makuladegeneration oder diabetischer Retinopathie überwachen.

Während die derzeitige Ausstattung zu sperrig ist, um vielen Patienten die Erfahrung verbesserter Sehkraft oder Supervision zu vermitteln, ist MacRae zuversichtlich, dass dieser Tag nicht mehr allzu weit entfernt ist.

"Eines Tages müssen Sie vielleicht nicht mehr geduldig dasitzen und antworten, wenn Sie wiederholt gefragt werden, ob Linse Nr. 1 oder Linse Nr. 2 besser ist", sagt MacRae. "Eines Tages schauen Sie vielleicht einfach in einen Wellenfrontsensor, wie David ihn entwickelt hat, und in einer kurzen Sekunde haben wir alle Informationen, die erforderlich sind, um die Sehkraft einer Person dramatisch zu verbessern."

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