Kunstmatig Zicht voor Endstadium Glaucoom: Retinale versus Corticale Protheses

Gevorderd glaucoom vernietigt de oogzenuw en retinale ganglioncellen (RGC's), waardoor patiënten blind worden. Kunstmatig zicht (visuele prothese) is erop gericht dergelijke schade te omzeilen. De meeste bestaande protheses richten zich op het netvlies of de oogzenuw, maar bij endstadium glaucoom zijn die routes verdwenen. In plaats daarvan onderzoeken wetenschappers implantaten die de visuele cortex (hersenen) direct stimuleren. Dit artikel vergelijkt binnen-retinale (op het oog gebaseerde) versus corticale (op de hersenen gebaseerde) protheses voor blindheid door glaucoom.

Bij aandoeningen zoals retinitis pigmentosa of maculadegeneratie sterven de fotoreceptoren af, maar blijven de RGC's en oogzenuw intact (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Retinale implantaten werken hier. Zo kreeg de Argus II (een epiretinaal implantaat) in 2013 FDA-goedkeuring voor retinitis pigmentosa (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Deze apparaten kunnen basis lichtperceptie en bewegingsdetectie herstellen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Glaucoom is echter anders: de RGC's en oogzenuw zijn vernietigd, dus een signaal van een retinaal implantaat heeft geen bestemming (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Bij nieuwe tests zoals de vroege proef van ORION is het doel om de “zieke ooganatomie” volledig te omzeilen door elektrische signalen rechtstreeks naar de visuele cortex van de hersenen te sturen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Kortom, retinale implantaten vereisen overlevende retinale neuronen en een intacte oogzenuw (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ze zijn ontworpen voor buiten-retinale aandoeningen (fotoreceptorverlies) waarbij RGC's nog steeds bestaan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Daarentegen richten corticale implantaten zich op patiënten met ernstige binnen-retinale degeneratie of schade aan de oogzenuw (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Voor gevorderd glaucoom (geen RGC's) zijn corticale benaderingen de enige realistische prothetische optie (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Binnen-Retinale Implantaten

Binnen-retinale protheses (vaak “bionische ogen” genoemd) gebruiken een externe camera (meestal op een bril) om beelden vast te leggen en om te zetten in elektrische pulsen. Deze pulsen worden geleverd via een micro-elektrodenarray die op of onder het netvlies wordt geplaatst (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Epiretinale implantaten (zoals Argus II) zitten op het netvliesoppervlak naast RGC's, terwijl subretinale implantaten onder het netvlies tussen de fotoreceptoren liggen. Er zijn ook suprachoroïdale ontwerpen (elektroden tussen het netvlies en de sclera). In alle gevallen is het doel om de resterende retinale neuronen elektrisch te stimuleren.

Vereisten en Kandidaten

Kandidaten voor retinale implantaten moeten hun fotoreceptorvisie verloren hebben, maar nog steeds een intact binnennetvlies (ganglion- en bipolaire cellen) behouden (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Typische kandidaten zijn mensen met endstadium retinitis pigmentosa of geografische atrofie (gevorderde maculadegeneratie), niet glaucoompatiënten. Glaucoompatiënten hebben geen levensvatbare RGC's, dus retinale protheses kunnen over het algemeen niet voor hen werken (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Chirurgische Procedure en Risico's

Het implanteren van een retinaal apparaat vereist een vitreoretinale chirurg. Procedures zoals een pars plana vitrectomie (het verwijderen van het glasvocht) en het aanbrengen van de elektrodenarray zijn nodig (www.sciencedirect.com). Vergeleken met hersenchirurgie is retinale chirurgie minder complex. Epiretinale implantaten zijn “minder gecompliceerd en [brengen] lagere risico's met zich mee tijdens implantatie” dan corticale apparaten (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Desalniettemin kunnen ernstige ooggerelateerde complicaties optreden. In een Argus II-studie met 30 patiënten ervoer bijvoorbeeld de helft van de deelnemers gedurende 5 jaar ongewenste voorvallen gerelateerd aan het apparaat of de operatie (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). De meest voorkomende problemen waren conjunctivale erosie (roze oog) en oculaire hypotenie (abnormaal lage oogdruk) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Over het geheel genomen had ongeveer 40% van de proefpersonen een ernstig ongewenst voorval (waarvan de helft omkeerbaar was) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Systematische reviews bevestigen dat epiretinale implantaten doorgaans meer complicaties hebben dan sub- of suprachoroïdale ontwerpen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Ruimtelijke Resolutie en Visuele Prestaties

Huidige retinale implantaten produceren een zeer lage-resolutie visie. Zo is de 6×10 array (60 elektroden) van de Argus II vergelijkbaar met een 6×10 pixel camera. In de praktijk kunnen de meeste proefpersonen slechts zeer basispatronen van licht en donker waarnemen. Studies melden dat gebruikers van epiretinale implantaten beter in staat zijn om vormen met hoog contrast te lokaliseren en beweging te detecteren met het apparaat aan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). In één systematische review verbeterde de prestatie op een “vierkantlokalisatie”-taak met hoog contrast met wel 89% met het implantaat actief (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Toch blijft de gezichtsscherpte met deze apparaten extreem slecht – zelfs de best geregistreerde gevallen waren slechts ongeveer 20/460 tot 20/550 in Snellen-termen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (ver beneden de 20/200 drempel voor wettelijke blindheid).

Subretinale implantaten (zoals het Alpha IMS/AMS-systeem) hebben een iets hogere dichtheid bereikt (honderden fotodiode-pixels in plaats van tientallen elektroden). Een recente samenvatting meldde roosterschermen met een scherpte tot 3,33 cycli per graad (gelijk aan ongeveer 20/460 zicht) en enig vermogen om eenvoudige bewegingen en grote letters te herkennen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Echter, zelfs deze vertegenwoordigen slechts rudimentair zicht.

Training en Aanpassing

Gebruikers van retinale implantaten hebben uitgebreide training en revalidatie nodig om de ongebruikelijke visuele signalen te interpreteren. Patiënten in klinische proeven ondergaan doorgaans maandenlange training met visietherapeuten. Zo werden deelnemers aan de Argus II-studie “meticuleus geselecteerd” en kregen ze uitgebreide training over het gebruik van het apparaat (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ze leerden taken zoals het lokaliseren van een helder vierkant, het detecteren van beweging en het herkennen van basisvormen. Deze stimulerende laboratoriumomgeving weerspiegelt echter mogelijk niet het dagelijks gebruik; één studie wees uit dat commerciële gebruikers vaak minder afhankelijk zijn van het implantaat in het dagelijks leven, vanwege bruikbaarheidsproblemen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Functionele Resultaten en Levenskwaliteit

Zelfs met duizenden dollars aan technologie is het herstelde zicht zeer beperkt. Realistische doelen voor retinale implantaten omvatten navigatie en oriëntatie en grove objectlokalisatie, in plaats van lezen of gezichtsherkenning. In de Argus II-studies presteerden patiënten aanzienlijk beter op oriëntatie- en mobiliteitstaken met het implantaat geactiveerd (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Velen konden deuropeningen of ramen detecteren, heldere lijnen op de grond volgen en grote objecten lokaliseren. In het dagelijks leven melden gebruikers verbeteringen in mobiliteit en onafhankelijkheid. Een systematische review wees uit dat ontvangers van retinale implantaten betere oriëntatie en mobiliteit rapporteerden, wat hen hielp bij dagelijkse taken (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Het zicht blijft echter ver van normaal: de auteurs van de studie waarschuwen dat zelfs met het apparaat de gezichtsscherpte onder de 20/200 (wettelijk blind) bleef (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Corticale Implantaten

Corticale visuele protheses hanteren een heel andere benadering: ze omzeilen het oog en stimuleren de hersenen direct. Elektroden worden op of in de visuele cortex geplaatst (het hersengebied aan de achterkant van het hoofd dat zicht verwerkt). Een externe camera en processor zetten beelden om in elektrische stimulatiepatronen die draadloos naar deze corticale elektroden worden gestuurd. Aangezien het signaal het netvlies en de oogzenuw overslaat, werkt deze methode zelfs wanneer die structuren vernietigd zijn.

Hoe Ze Werken

Zo gebruikt het ORION-systeem van Second Sight een raster van elektroden op de occipitale cortex (waarbij fosfenen – lichtpunten – in het gezichtsveld van de patiënt worden gecreëerd) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Een ander ontwerp (de Illinois ICVP) gebruikt arrays van penetrerende elektroden in de cortex (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). In één proef werd een 96-elektroden Utah-array geïmplanteerd in de visuele cortex van een blinde vrijwilliger. Elektrische stimulatie daar produceerde eenvoudige blauw-witte knipperende stippen die het gezichtsveld volgden. Indrukwekkend genoeg kon de patiënt de grenzen van objecten onderscheiden en zelfs verschillende letters identificeren aan de hand van hun contouren (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Deze eerste resultaten tonen aan dat een corticaal implantaat inderdaad patroonmatig zicht kan creëren in een menselijk brein.

Kandidaat Criteria

Corticale implantaten zijn bedoeld voor mensen met complete, onbehandelbare blindheid en geen bruikbaar zicht. In de praktijk vereisen proefprotocollen geen lichtperceptie in beide ogen (www.ninds.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Een Orion klinische proef accepteert bijvoorbeeld patiënten die bilateraal blind zijn (kale lichtperceptie of slechter) als gevolg van schade ergens langs de visuele route (retinale aandoening, oogzenuwletsel, glaucoom, enz.) (www.ninds.nih.gov). Elk resterend zicht zou iemand ongeschikt maken, aangezien invasieve hersenchirurgie dat resterende zicht in gevaar zou kunnen brengen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Sterker nog, studies benadrukken dat mensen die in aanmerking komen voor retinale implantaten (d.w.z. met een intact binnennetvlies) over het algemeen slechte kandidaten zijn voor corticale implantaten (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Corticale apparaten richten zich dus op de laatste optie voor gezichtsherstel bij totaal blinde individuen.

Chirurgische Risico's

Corticale protheses vereisen neurochirurgie (craniotomie) om elektroden op de hersenen te implanteren. Dit is uiteraard invasiever dan oogchirurgie. Potentiële risico's zijn onder meer beroerte, infectie of neurologische schade. In de praktijk hebben kleine haalbaarheidsstudies tot nu toe de chirurgische veiligheid aangetoond, maar de steekproefgroottes zijn klein. Zo implanteerde een eerste ORION-studie zijn 60-elektroden array bij zes blinde proefpersonen zonder ernstige ongewenste voorvallen gerelateerd aan het implantaat (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). (Alle zes rapporteerden fosfenen te zien met het apparaat aan.) Experts waarschuwen echter dat hersenchirurgie zeer voorzichtig moet worden benaderd, en daarom worden alleen volledig blinde kandidaten in overweging genomen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Ruimtelijke Resolutie en Visuele Prestaties

De ruimtelijke resolutie voor corticale implantaten is momenteel ook zeer laag. Bestaande apparaten hebben hooguit enkele tientallen elektroden. ORION gebruikte bijvoorbeeld 60 elektroden op de cortex (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Zelfs met tientallen elektroden is het “beeld” dat een patiënt waarneemt extreem korrelig. In de eerder genoemde proef met 96 elektroden konden patiënten alleen zeer eenvoudige patronen waarnemen (lijnen, eenvoudige letters). Om fijnere details te bereiken, zouden honderden of duizenden elektroden verspreid over meerdere corticale gebieden nodig zijn – technologie die nog niet bestaat voor mensen.

Training is eveneens intensief. Net als bij retinale systemen moeten corticale patiënten leren hun abnormale visuele input te interpreteren. Vroege rapporten suggereren dat patiënten na verloop van tijd grote vormen en letters kunnen leren herkennen, maar dit vereist langdurige revalidatie. Er zijn nog geen gepubliceerde gegevens over formele trainingsregimes voor corticale implantaten, maar naar analogie met retinale proeven verwachten we dat jaren van gespecialiseerde training nodig zouden zijn om enige praktische bruikbaarheid te bereiken.

Functionele Resultaten

Geen enkele corticale prothese heeft nog een niveau van zicht geproduceerd dat normaal benadert. Tot nu toe zijn de doelen conservatief: navigatie en objectlokalisatie. Studies richten zich op taken zoals het identificeren van grote heldere objecten, het detecteren van beweging en het vermijden van obstakels. Zoals één review opmerkte, kunnen visuele protheses het best helpen bij oriëntatie en navigatie, taken waar huidige technologieën voor blinden (zoals smartphone-apps) nog tekortschieten (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). In experimentele omgevingen hebben blinde dieren met hersenstimulatieprotheses met succes doolhoven genavigeerd met behulp van kunstmatige signalen. In menselijke proeven herkende de ene patiënt die letters via ORION identificeerde alleen zeer grote, geïsoleerde karakters (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Kortom, vroege studies naar corticale implantaten tonen aan dat patiënten eenvoudige lichtpatronen kunnen waarnemen en deze kunnen gebruiken om vormen of letters te raden. Dit wijst op mogelijke voordelen voor taken zoals het lokaliseren van deuren of het vinden van randen. Fijne objectherkenning (bijv. gezichten of tekst) ligt echter nog ver buiten de huidige mogelijkheden. Metingen van de levenskwaliteit voor corticale implantaten zijn nog niet gerapporteerd; lopende studies zijn van plan om door patiënten gerapporteerde resultaten en functionele tests op te nemen (www.ninds.nih.gov) om te zien of er verbeteringen in het dagelijks leven optreden.

Vergelijkende Samenvatting

• Chirurgische complexiteit: Retinale implantaten omvatten oogchirurgie (vitrectomie en plaatsing van retinale elektroden). Corticale implantaten vereisen hersenchirurgie (craniotomie en corticale elektrodenarray). Epiretinale chirurgie is redelijk routine voor retinologen, terwijl corticale implantatie inherent hogere neurologische risico's met zich meebrengt. Een recente review merkt op dat zelfs een gering resterend zicht verloren zou gaan bij een operatie aan de hersenen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), wat het risico van corticale chirurgie benadrukt.

• Ruimtelijke resolutie: Beide benaderingen leveren momenteel een zeer lage-resolutie zicht. Retinale apparaten gebruiken in de orde van 60–150 elektroden of pixels, wat slechts grove lichtpatronen oplevert (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Corticale arrays tellen ook in de tientallen tot lage honderden. Geen van beide benaderingen kan meer dan zeer ruwe vormen produceren. Gerapporteerde gezichtsscherpte in retinale apparaten overschrijdt zelden ~20/500 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Corticale scherpte is nog moeilijker te definiëren, maar zal naar verwachting even laag zijn gezien het kleine aantal elektroden.

• Training/aanpassing: Alle geïmplanteerde patiënten hebben uitgebreide revalidatie nodig. Deelnemers aan klinische proeven krijgen intensieve, begeleide training om te leren hoe fosfenen overeenkomen met hun omgeving (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Dit geldt voor zowel retinale als corticale implantaten. In de praktijk vinden veel gebruikers de constante training een last, wat het dagelijks gebruik van het apparaat kan beperken (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

• Levenskwaliteit: Retinale implantaten hebben enkele bescheiden voordelen voor de levenskwaliteit aangetoond. Gebruikers melden vaak een verbeterde oriëntatie, gemakkelijker navigatie in bekende ruimtes en hulp bij dagelijkse taken die afhankelijk zijn van het detecteren van licht versus donker of grote vormen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Geen enkel corticaal implantaat heeft nog een duidelijke verbetering van de levenskwaliteit bewezen, maar onderzoekers nemen levenskwaliteit- en dagelijkse functionele metingen op in lopende studies (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.ninds.nih.gov).

• Realistische resultaten: Geen van beide benaderingen zal normaal zicht herstellen. Patiënten moeten alleen zeer basisachtige visuele sensaties verwachten. Praktische doelen zijn onder meer het detecteren van deuropeningen of ramen, het onderscheiden van lichte en donkere kamers, het lokaliseren van grote obstakels of het herkennen van zeer grote letters of vormen. Navigatie (door een kamer lopen zonder tegen objecten te botsen) is een realistische toepassing op korte termijn (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Lezen of gezichten herkennen blijft buiten de huidige mogelijkheden.

• Kandidaatselectie: In de praktijk zullen patiënten die nog steeds potentiële retinale implantaat-kandidaten zijn (met een enigszins intact binnennetvlies) niet naar corticale proeven worden doorverwezen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Corticale proeven vereisen daarentegen patiënten met totale blindheid (geen resterend zicht) door welke oorzaak dan ook (inclusief glaucoom) (www.ninds.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Voorlopig is een typische corticale implantaat-kandidaat iemand die helemaal niet kan profiteren van retinale apparaten (bijv. RGC-laag vernietigd of oogzenuw doorgesneden).

Tijdlijn en Regelgevingsstatus

De ontwikkeling van retinale protheses begon meer dan 20 jaar geleden. De Argus II (Second Sight) is een mijlpaal: FDA-goedkeuring kwam in 2013 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (na een eerdere CE-markering in Europa). Argus II bleef het enige commercieel goedgekeurde systeem wereldwijd totdat het bedrijf de productie in 2019 stopzette (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Rond dezelfde tijd kregen sommige subretinale apparaten CE-goedkeuring in Europa – bijvoorbeeld de Alpha IMS (2013) en AMS (2016) systemen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) – maar geen ervan is FDA-goedgekeurd. Veel retinale apparaten zijn nu stopgezet of in overgang, met slechts een paar (zoals Pixium's PRIMA en Bionic Vision's suprachoroïdale implantaat) in lopende studies (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Corticale protheses bevinden zich veel vroeger in de ontwikkelingspijplijn. Het eerste menselijke corticale implantaat (Brindley-Dobelle in de jaren zeventig) was puur experimenteel. Vandaag de dag heeft Second Sight (nu Cortigent/Vivani genoemd) een nieuwe inspanning geleid: hun ORION-systeem begon een vroege haalbaarheidsstudie in 2017 (www.cortigent.com), en vanaf 2022 zijn ze gefuseerd tot Vivani Medical dat werkt aan een ORION II-upgrade (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Geen enkel corticaal apparaat heeft nog regelgevende goedkeuring verkregen. Huidige studies (zoals die van Orion en de Illinois ICVP-studie (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)) staan vermeld als vroege haalbaarheidsstudies (bijv. NCT03344848), met als doel de veiligheid en basisfunctie te beoordelen.

Belangrijkste mijlpalen tot nu toe: Argus II (netvlies) proeven 2007–2009, FDA-goedkeuring 2013, stopzetting 2019 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Alpha IMS subretinaal CE 2013, geüpgrade AMS CE 2016 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Orion (corticaal) vroege proeven begonnen rond 2017, met lopende vervolgstudies (nog geen goedkeuringen) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Aankomend: Fase I-proeven van andere corticale systemen (CORTIVIS in Spanje, ICVP in de VS) werven deelnemers (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.ninds.nih.gov). In het komende decennium hopen ontwikkelaars het aantal elektroden en de herseninterface te vergroten om de resultaten te verbeteren, maar vooralsnog blijven zowel retinale als corticale protheses zeer experimenteel.

Conclusie

Voor de meeste glaucoompatiënten met endstadium oogzenuwschade zijn retinale implantaten geen optie, omdat de neurale route is onderbroken. Corticale visuele protheses vertegenwoordigen daarom de enige levensvatbare kunstmatige-zichtstrategie. Vroege studies tonen aan dat corticale apparaten eenvoudige lichtpatronen kunnen opwekken, zelfs wanneer het oog blind is (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Beide retinale en corticale benaderingen bieden echter momenteel slechts rudimentair zicht. Retinale implantaten hebben iets meer klinische geschiedenis (enkele FDA/CE-goedkeuringen bij andere ziekten) en aantoonbare, zij het beperkte, verbeteringen in mobiliteit en oriëntatie (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Corticale implantaten bevinden zich in de haalbaarheidsfase: ze vermijden de oogzenuw, maar moeten de uitdagingen van hersenchirurgie, signaalmapping en patiëntentraining overwinnen. Realistische doelen voor beide benaderingen zijn basisnavigatie en objectlokalisatie, niet zicht met hoge details. Tijdschema's: retinale apparaten zijn al 15–20 jaar in proeven (met enkele commerciële producten die opkwamen en vervolgens verdwenen) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), terwijl corticale systemen nu pas beginnen met menselijke testen. Goedkeuring door regelgevende instanties in de VS/EU voor corticale implantaten is nog jaren verwijderd.

Samenvattend, voor ernstig glaucoom zonder oogzenuw bieden corticale implantaten hoop. Maar patiënten en artsen moeten de huidige beperkingen begrijpen: zelfs de meest geavanceerde “bionische visie”-apparaten herstellen alleen aan/uit lichtperceptie en eenvoudige vormen. Lopende onderzoeken zijn gericht op het verhogen van het aantal elektroden, het verbeteren van de biocompatibiliteit en het verfijnen van de signaalverwerking, maar op dit moment zal het functionele zicht van elke prothese extreem basic zijn. Patiënten moeten realistische verwachtingen hebben (bijv. een deur van een muur onderscheiden, geen tekst lezen) en voorbereid zijn op uitgebreide revalidatie. Toekomstige mijlpalen om in de gaten te houden zijn de voltooiing van lopende corticale implantaatstudies en eventuele goedkeuringen van volgende-generatie apparaten.