De ontwikkeling van een bionisch oog dat het verwijden en inkrimpen van de pupil nabootst, brengt ons een stap dichter bij het helpen van mensen met oogafwijkingen.

Wetenschappers hebben een dun materiaal ontwikkeld dat in een kunstmatig oog signalen verstuurt die lijken op die van zenuwen. Hierdoor kan de pupil in het oog verwijden en samentrekken als reactie op veranderingen in lichtintensiteit. In de toekomst kan dit helpen bij het behandelen van bepaalde visuele aandoeningen.

Scherpstellen

Licht komt het oog binnen via de pupil, waarna het op het netvlies aan de achterkant van de oogbol valt. Het netvlies zet de lichtprikkels vervolgens om in zenuwimpulsen, die via de oogzenuw naar de hersenen worden gestuurd om daar te worden verwerkt.

Een nieuwe winningsmethode voor diepe geothermische energie
LEES OOK
Een nieuwe winningsmethode voor diepe geothermische energie

De zogeheten pupilreflex compenseert voor schommelingen in lichtsterkte door de pupilgrootte aan te passen. Hierdoor kunnen mensen scherp zien, terwijl het netvlies tegen fel licht wordt beschermd. Dit proces kan verstoord zijn bij mensen met letsel aan de oogzenuw of oculomotorische zenuw, die de oogspierbeweging regelt. Dat kan leiden tot dubbelzien, overgevoeligheid voor licht of verziendheid: problemen met het scherpstellen op voorwerpen dichtbij.

Kunstmatige pupilreflex

Xu Wentao, hoogleraar foto-elektrotechniek aan de Nankai-universiteit in China, heeft nu samen met zijn collega’s een materiaal ontwikkeld dat de pupilreflex in een kunstoog imiteert. ‘Als we ooit bionische ogen willen, moet deze lichtreflex worden nagebootst’, zegt Xu.

Het dunne materiaal dat deze pupilreflex mogelijk maakt, is vervaardigd van het mineraal perovskiet. Daarvan is bekend dat het als een kunstmatige synaps kan fungeren. Een synaps is een stukje ruimte tussen twee neuronen waarover zenuwsignalen worden doorgegeven, zodat cellen kunnen communiceren.

Xu’s team voegde een dun materiaal van 625 nanometer en een legeringsvezel toe aan een kunstmatig oogmodel. In een laboratoriumexperiment zag Xu dat bij blootstelling aan licht het dunne materiaal een soort zenuwsignalen naar de vezel stuurde, die vervolgens de pupil lieten verwijden of samentrekken. ‘Het werkt in alle lichtomstandigheden’, zegt Xu.

Wetenschappers hebben de pupilreflex van een menselijk oog kunnen namaken. Dit bionische oog is goed nieuws voor mensen met oogafwijkingen.  Beeld: Victoria_Borodinova/Pixabay

Dag en nacht

De volgende stap is om een kunstmatig oog te ontwikkelen dat kleur waarneemt, zegt Xu. ‘Menselijke ogen kunnen miljoenen kleuren herkennen en ze met een hoge precisie decoderen’, zegt hij. ‘In de toekomst zijn we van plan om deze kleurwaarneming in ons kunstoog te integreren.’

Neurowetenschapper Robert Lucas van de Britse Universiteit van Manchester denkt dat een kunstmatig oog met pupilreflex nuttig kan zijn. ‘Elk kunstoog moet patronen kunnen onderscheiden, waarin de lichtintensiteit slechts een paar procent verschilt. En dat tegen een miljardvoudige variatie in totale lichtsterkte bij een omgeving in dag- of nachtlicht’, legt Lucas uit. ‘Een lichtgevoelige pupil kan een manier zijn om dat probleem aan te pakken.´ Zo’n pupil zorgt er namelijk voordat de totale hoeveelheid licht die het detectieoppervlak bereikt, stabieler blijft.