Olho biônico que imita como as pupilas respondem à luz pode melhorar a visão

A criação de um olho biônico que imita o alargamento e o encolhimento da pupila pode nos deixar um pouco mais perto de conseguir ajudar pessoas com certas deficiências visuais. Agora, foi desenvolvido um material fino que enviou sinais semelhantes aos de nervos para uma fibra de liga metálica em um modelo de olho artificial, fazendo com que a pupila do olho se dilatasse e contraísse em resposta a níveis variados de luz.

A luz entra no olho através da pupila, antes de viajar para a retina na parte de trás do globo ocular. A retina então converte os estímulos de luz em impulsos nervosos, que são enviados ao cérebro para processamento através do nervo óptico.

O chamado reflexo pupilar à luz compensa as mudanças nos níveis de luz ajustando o tamanho da pupila, permitindo que as pessoas vejam em alta resolução, enquanto protege a retina da luz brilhante. Esse processo pode ser prejudicado em pessoas com lesão no nervo óptico ou nervo oculomotor, que regula o movimento dos músculos oculares, resultando em visão dupla, sensibilidade à luz ou dificuldade em focalizar objetos próximos.

Xu Wentao, da Universidade Nankai, na China, e seus colegas desenvolveram um material que imita o reflexo pupilar à luz em um modelo de olho artificial. Suas descobertas foram publicadas na revista científica Matter.

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Se os humanos quiserem usar olhos biônicos, esse reflexo precisa ser recriado, diz Xu.

O material é baseado no mineral perovskita, que é conhecido por atuar como uma sinapse artificial. Uma sinapse é a lacuna entre dois neurônios através da qual os sinais nervosos são transmitidos, permitindo que as células se comuniquem.

Em um experimento de laboratório, a equipe de Xu adicionou o material de 625 nanômetros de espessura e uma fibra de liga metálica a um olho artificial. Quando exposto à luz, o material envia sinais neurais para a fibra, que controla a dilatação e a contração da pupila do olho.

“Funciona em todas as condições de luz”, diz Xu.

O próximo passo é desenvolver um olho artificial que perceba a cor, diz Xu. “Os olhos humanos podem reconhecer milhões de cores e decodificá-las em alta resolução”, diz ele. “Planejamos integrar essa função em nosso olho artificial no futuro.”

Robert Lucas, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, diz que um olho artificial com reflexo pupilar à luz pode ser útil.

“Qualquer olho artificial teria que lidar com o problema de resolver padrões nos quais as diferenças na intensidade da luz local podem diferir em apenas alguns por cento contra uma variação de bilhões de vezes no brilho geral da cena entre a luz das estrelas e a luz do dia”, diz ele.

“Uma pupila responsiva à luz pode ser uma maneira de resolver esse problema, pois agiria para manter a quantidade total de luz que atinge a superfície de detecção de luz mais estável”.

No estudo publicado, a equipe de pesquisadores descreve o desenvolvimento de um nervo visual artificial para imitar o reflexo pupilar.

Eles destacaram alguns pontos importantes do estudo:

• Uma sinapse optoeletrônica foi desenvolvida que exibe respostas a múltiplos comprimentos de onda.
• A potenciação e a depressão induzidas pela luz são realizadas no mesmo dispositivo.
• Implementação de percepção, processamento e atuação para imitar o reflexo pupilar.

As sinapses optoeletrônicas de perovskita são atraentes por seu potencial na construção de olhos biônicos. No entanto, o desenvolvimento de dispositivos sinápticos de perovskita inibidores de luz continua sendo um desafio porque a irradiação de luz excitará os portadores de carga em materiais para elevar a corrente.

Este estudo propõe uma sinapse optoeletrônica de p-i-n perovskita com funções excitatórias e inibitórias mediadas por luz. Um nervo visual artificial é implementado combinando o dispositivo sináptico de perovskita com fibra muscular artificial para emular o reflexo pupilar dos olhos biológicos. Especificamente, as funções sinápticas excitatórias e inibitórias induzidas pela luz, como realizadas em um dispositivo, enriquecem a função de um sistema visual artificial.

Este trabalho pode fornecer orientação para projetar dispositivos e sistemas sinápticos optoeletrônicos.

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Fontes:
Matter, publicação em 17 de março de 2022.
New Scientist, notícia publicada em 17 de março de 2022.