La rétine artificielle, œil artificiel, œil bionique
Les
personnes aveugles qui sont atteintes de la DMLA peuvent se faire implanter une
rétine artificielle.
I. Les personnes concernées
La rétine
artificielle est destinée aux personnes aveugles dont les cellules
photoréceptrices sont endommagées mais chez lesquelles les cellules bipolaires
et multipolaires restent fonctionnelles. C’est le cas des patients atteints de
dégénérescence maculaire liée à l’âge. En effet comme on l’a vu précédemment,
les photorécepteurs chez ces personnes, deviennent défaillants mais le réseau
de neurones interne, c’est à dire les cellules bipolaires et multipolaires de
la rétine reste intact en partie même si il y a un petit remodelage de la
structure de l’œil du fait de la maladie.
II.
Le dispositif
- l’implant de
3x3 mm, fixé sur la macula, qui correspond à 1500 photodiodes qui indiquent le nombre de pixels (1500 pixels). La
rétine artificielle peut être plane avec une forme circulaire, elliptique ou
courbé car elle doit être adapté aux courbes de l’œil ;
- le câble qui
fait la liaison entre l’implant et le boîtier ;
-
le boîtier, situé sous la peau derrière l’oreille.
Il permet l’alimentation en énergie et le contrôle des amplificateurs.
< Le câble et l’implant avec un
zoom sur les photodiodes
|
< Le boitier et sa position
|
La
rétine artificielle est composée d’un substrat
et de deux couches distinctes.
a) Le substrat
Le substrat sert de support à la
première couche et à la deuxième couche de la rétine artificielle. Il en existe
plusieurs types. Tout d’abord il peut être opaque, comme les substrats en
polyimide. Il présente l’avantage de limiter les réflexions à l’intérieur du
globe oculaire et donc d’éviter une possible dégradation de l’image. Il peut
être aussi transparent comme les substrats en diamant qui présence l’avantage d’avoir
une bonne résistance mécanique, une bonne isolation électrique et une bonne
biocompatibilité. Un substrat peut aussi être également composé de plusieurs
matériaux : par exemple un substrat peut avoir une couche de diamant, qui
lui permettant d’avoir les avantages cités ci-dessus, et une couche de
polyimide pour l’opacifier.
b) La première couche
La première couche est placée sur le
substrat : il comprend des parties en matériau photovoltaïque séparées par
une partie en matériau isolant. La première couche a généralement une épaisseur
comprise entre 500 nm et 10 μm.
b1.
Les parties en matériau photovoltaïque
Le matériau photovoltaïque de la
rétine artificielle est un semi-conducteur : le silicium. Les largeurs et les
longueurs des parties en matériau photovoltaïque sont comprises entre 10 μm et
300 μm, (généralement entre 20 μm et 200 μm).
b2.
Le matériau isolant.
Le matériau isolant de la première
couche est un matériau isolant qui doit être compatible avec le substrat, les
parties en matériau photovoltaïque et la deuxième couche, notamment pour diminuer
les tensions d’interface. Le matériau isolant peut notamment être du diamant
isolant, de la céramique ou de polymère isolant (comme un polyimide ou une
résine en époxyde ou en silicone). Les parties en matériau isolant et en
matériau photovoltaïque de la première couche ont la même épaisseur, c’est-à-dire,
comprise entre 10 μm et 300 μm (généralement entre 20 μm et 200 μm).
c) La deuxième couche
La deuxième couche d’une épaisseur
de 0,5 à 20 nm (généralement de 2 à 5 nm) comprend des parties en matériau
conducteur séparées par une partie en matériau isolant.
c1.
Le matériau conducteur
Le matériau conducteur est un
matériau conducteur compatible avec la première couche, qui permet notamment de
diminuer les tensions d’interface entre la première et la deuxième couche. Le
matériau conducteur est un métal comme l’or qui est utilisé comme le
matériau conducteur. Les largeurs et longueurs des parties en matériau
conducteur sont comprises entre 10 μm et 50 μm (généralement, entre 20 μm et 30
μm).
c2.
Le matériau isolant
Le matériau isolant de la deuxième
couche est un matériau isolant compatible avec les parties en matériau
conducteur et la première couche notamment en permettant de diminuer également
les tensions d’interface. Il peut être du diamant isolant ou un polymère
isolant. Le matériau isolant des première et deuxième couche est souvent le
même, ce qui simplifie la préparation de la rétine artificielle.
d) La possibilité d’une troisième
couche
La rétine artificielle peut
comporter une troisième couche disposée sur la deuxième couche et qui comprend
un matériau aidant l’adhésion avec les cellules. Par exemple, la rétine peut
comporter une couche de poly-lysine, d’éléments de la matrice extracellulaire
(laminines, collagènes, fibronectine, vitronectine), ou de cell-tak™ (protéines
polyphénoliques). Cette troisième couche n’est pas obligatoire car la rétine
établit normalement un contact stable avec les tissus rétiniens.
e) L’organisation des différentes
couches
Pour que la rétine artificielle permette au
patient, chez qui elle est implantée, de distinguer une image partielle, il
faut que la rétine soit structurée en plusieurs pixels.
Cette pixellisation est obtenue
grâce à la structure des couches : les parties en matériau photovoltaïque
et les parties en matériau conducteur de la rétine artificielle sont superposées
les unes aux autres. Avec une coupe verticale de la rétine artificielle, nous
devrions voir le substrat, au-dessus la première partie, composée de matériau
photovoltaïque, puis au-dessus encore la deuxième partie composée de matériau
conducteur et au-dessus troisième couche éventuellement.
Chaque sous-ensemble substrat - partie en matériau
photovoltaïque - partie en matériau conducteur constitue un pixel. La
rétine artificielle comporte autant de pixels que de sous-ensembles. La rétine
comprend donc autant de parties en matériau conducteur que de parties en
matériau photovoltaïque. En effet, chaque pixel est isolé électriquement des
autres pixels par les parties en matériau isolant pour permettre à certains
sous-ensembles de transformer la lumière en signal électrique et à d’autres non
pour former une image pixélisé en noir et blanc. De plus, la partie en matériau
conducteur est de surface inférieure à celle de la partie en matériau
photovoltaïque située en dessous, pour concentrer les charges émises vers un
seul neurone ou un petit groupe de neurones.
III.
Le fonctionnement dispositif
La
lumière réfléchit par la porte rentre dans l’œil, traverse la cornée, l’iris,
le cristallin en suivant l’axe optique et parvient au niveau des
photorécepteurs, où la rétine artificielle est implantée, et donc au niveau du
substrat
Cette
lumière arrive donc dans la première couche. Dans les parties en matériau
photovoltaïque de cette première, le silicium est activé par les données
lumineuses, c’est-à-dire qu’il est soumis à un rayonnement de photons :
des charges positives sont alors générées. Ces charges seront amplifiées par le
boitier, c’est-à-dire que les signaux électriques générés seront plus important
que ceux produit par le silicium seul. Cela va permettre au patient de mieux
distinguer les contrastes noir et blanc par exemple si les images sont en basse
lumière.
Ces charges
photogénérées positives vont alors créer un courant électrique mais elles
possèdent un fort pouvoir oxydant et sont susceptibles de dégrader les neurones
au contact. C’est pourquoi la rétine a besoin d’une deuxième couche. Au niveau
de l’interface entre les parties en matériau conducteur de la deuxième couche
et les parties en matériau photovoltaïque de la première couche, l’interface silicium/or joue le rôle d’une barrière de Schottky et empêche
le transfert des charges positives aux neurones en contact avec la rétine
artificielle. La
barrière Schottky apparait lorsqu’un métal est mis au contact d’un
semi-conducteur, les électrons passent soit du métal au semi-conducteur ou l’inverse
mais cela crée une différence de potentiel qui empêche plus d’électrons de
passer. La deuxième couche de la rétine
artificielle permet donc d’éviter la dégradation des neurones par les charges
positives.
L’ensemble
des sous-ensembles substrat - partie en
matériau photovoltaïque - partie en matériau conducteur activés par les
données lumineuses permet de transmettre vers chaque neurone lié ou chaque
petit groupe de neurones rétiniens sollicités les charges électriques
suffisantes pour stimuler les cellules restantes de la rétine et transmettre
les informations électriques le long du nerf optique au cerveau.
L’image partielle de la porte
apparait dans le cerveau du patient.
|
IV.
Le rôle des différents éléments de la rétine
artificielle
Nous allons étudier son fonctionnement et notamment à
la conversion du signal lumineux en signal électrique, réalisée par la jonction
PN, qui explique la stimulation neuronale.
1.
Le semi-conducteur, conducteur et isolant
a) Les liaisons
Lorsqu’on
applique un champ électrique extérieur sur un matériau, une conduction a lieu
car une circulation d’un courant électrique à lieu dans le matériau, dû au
déplacement de charges électriques dans le matériau.
Les
atomes se lient entre eux en mettant en commun des électrons célibataires (appelés
électrons de valence) de la couche externe. Ces électrons s’associent en paires
et appartiennent aux deux atomes qui participent à la liaison. Les liaisons
sont très robustes et pour les casser, il faut leur fournir une énergie
importante. Ils ne circulent pas facilement dans la matière.
Un
grand nombre d’atomes mettent en commun des électrons célibataires. Les atomes en
libérant au moins un ou plusieurs électrons deviennent des ions qui ne sont pas
neutres. Ils forment un réseau cristallin qui baigne dans un nuage d’électrons
très mobiles appelés électrons libres.
b) Les isolants
Dans
les matériaux isolants, on a affaire à des liaisons covalentes. Les liaisons
sont donc solides et les charges, c’est-à-dire les électrons immobiles, restent
liés aux atomes auxquelles elles appartiennent. Un champ électrique sur ces
matériaux n’aurait aucun effet sur eux et donc aucun courant électrique ne circule,
car il n’y a pas de charges mobiles.
Les liaisons des atomes composant
les matériaux conducteurs sont de type métallique. Chaque atome libère un
électron qui peut circuler librement dans le cristal. Sans champ électrique
extérieur, ces électrons se déplacent dans un mouvement désordonné mais il n’y
a pas de courant électrique généré spontanément car statistiquement la somme de
tous les déplacements est nulle. Mais dès qu’un champ électrique extérieur est
appliqué au matériau conducteur, les électrons vont circuler dans le sens
déterminé par le sens du champ électrique, créant un courant.
d) La théorie des bandes de valence
et de conduction
La
théorie des bandes est un modèle quantique en physique qui modélise les valeurs
d’énergie que peuvent subir les électrons dans un cristal. On distingue la
bande interdite appelée le « gap » qui est constituée de niveaux d’énergie
interdites et les bandes permises qui correspondent aux niveaux d’énergie
autorisés.
Parmi
ces bandes permises, on distingue deux bandes : la bande de valence et de
conduction. Dans la bande de valence, les électrons contribuent à la cohésion
du cristal grâce à des liaisons de valence alors que, dans la bande de
conduction, les électrons, reliées par des liaisons métalliques, sont libres et
assurent la conduction du courant. La répartition des bandes détermine la
conductivité du matériau. L’intervalle séparant les deux bandes se mesure en
électronvolts (eV).
Dans
les isolants, la bande de valence et de conduction sont séparées par une bande
interdite de 6 eV. Dans les conducteurs, les deux bandes se chevauchent, ce qui
explique que, quel que soit le champ électrique extérieur appliqué, les
électrons vont circuler.
< la théorie des bandes
|
e) Les semi-conducteurs
intrinsèques
Cependant
pour certain cristal, leur conductivité dépend des conditions physiques
externes. Par exemple, lorsqu’on augmente la température d’un cristal, certains
électrons de valence ont une énergie suffisante qui leur permet de passer dans
la bande de conduction. L’augmentation de la température fait que certains
électrons quittent leur liaison et deviennent des électrons libres. En quittant
leur liaison, ils créent un trou qui doit être rebouché par un autre électron
libre, surtout quand on applique un champ électrique. Les électrons libres et
les trous vont se déplacer en sens inverse, causant un courant électrique et
certaines des paires électron-trou formées vont se recombiner, tandis que d’autres
non. Ces métaux sont appelés les semi-conducteurs intrinsèques qui se situent
entre les isolants et les conducteurs.
Un
semi-conducteur intrinsèque est constitué d’un réseau cristallin très pur. On
utilise soit des éléments du tableau périodique qui possèdent soit des atomes
avec 4 électrons de valence, soit des combinaisons d’atomes qui possèdent 3 et
5 électrons de valence. Les atomes sont liés entre eux par des liaisons
covalentes solides mais l’énergie nécessaire pour accéder de la bande de
valence à la bande de conduction séparée par la bande interdite, comprise entre
0,5 à 3,5 eV, est moins importante que pour les isolants. Le silicium () qui
est utilisé comme le semi-conducteur dans la partie photovoltaïque, nécessite
une énergie de 1,12 eV pour accéder à la bande de valence.
< la théorie des bandes
complétée par les semi-conducteurs.
|
La
résistivité des semi-conducteurs diminue quand la température augmente : en
effet, plus la température est élevée, plus le nombre de trous et d’électrons
libres augmente et plus le courant produit est intense.
La
conductivité du cristal peut être améliorée en dopant les semi-conducteurs
intrinsèques. Ce dopage a pour but d’ajouter des impuretés, appelées dopants,
dans le cristal pour fournir des charges excédentaires mais contrôlées. Le
dopant a un numéro atomique proche de celui du semi-conducteur utilisé. Ce
dopage permet également de déplacer le spectre d’absorption du semi-conducteur
et de la rétine artificielle vers l’une ou l’autre des parties du spectre. Cela
sert, par exemple, pour avoir une meilleure capacité de réception à la lumière
visible. Néanmoins, l’absorption du semi-conducteur dans le visible n’est pas
obligatoire car une absorption dans l’infrarouge est possible et est moins
nocive car il a un niveau énergétique faible. De plus, plus il y a de dopant
par unité de volume, plus le cristal est conducteur, mais après 1019
atomes de dopant par cm3, le cristal commence à se désagréger.
Ces
semi-conducteurs sont appelés semi-conducteurs extrinsèques. Il existe deux types.
Le dopage P est l’introduction d’atomes
trivalents, c’est à dire d’atome possédant un nombre inférieur d’électrons de
valence, ce qui fournit des charges positives en accès. Il va se créer des
trous qui sont des porteurs
minoritaires. Le dopage P
du silicium peut-être réalisé avec du bore (3 électrons sur sa couche externe).
< Dopage P au Bore
Le
dopage N est l’introduction des atomes pentavalent, c’est-à dire des atomes
ayant un électron de valence en plus, ce qui fournit des charges négatives en
excès : des électrons libre qui sont des porteurs majoritaires et vont circuler librement dans le
cristal. Comme le semi-conducteur possède un électron de plus, celui-ci va
circuler librement dans le cristal. En effet, les électrons libres seront
pratiquement aussi mobiles qu’avec le cas des conducteurs et des liaisons métalliques.
Le dopage N du silicium peut-être réalisé avec du
phosphore ou de l’arsenic (5 électrons sur la couche externe).
< Dopage N au phosphore
f) Le fonctionnement de la jonction
PN
Quand
on rassemble les deux cristaux dopés P et N, les électrons libres de la bande
de valence, ne participant pas aux liaisons covalente, migrent vers la région P
pour se compléter les trous présents dans la bande de conduction. Ils passent
donc de la bande de valence à la bande de conduction grâce à l’apport d’énergie
nécessaire. Il se forme alors zone de déplétion, appelée aussi une zone de
charge d’espace (ZCE), sans porteurs majoritaires. Selon le sens conventionnel
du courant, du côté P, elle est négative et du côté N, elle est positive. Il y
a donc un engendrement d’un courant plus important qu’un semi-conducteur
intrinsèque.
2. L’effet
photoélectrique
Le phénomène
qui explique le courant électrique extérieur créé lorsque la plaque est exposée
à la lumière est l’effet photoélectrique. La lumière est constituée de photons,
que l’on peut comparer à des « grains de lumière ». La fréquence du
rayonnement
et la longueur d’onde
sont liées par la relation :
avec
qui correspond à la
longueur d’onde d’un rayon, c la
célérité de la lumière, qui est égale à 3,0.108 m.s-1
dans le vide,
la fréquence du
rayonnement.
L’énergie
E d’un photon est donnée par la
relation :
avec h la
constante de Planck qui est égale à 6,63.10-34 Joules et
la fréquence du
rayonnement.
Le
photon doit apporter, à un électron pour qu’il soit libre, une énergie minimale
Eg donnée par la
relation : EG = Ec - Ev
Avec Ec - Ev qui
corresponde à l’intervalle séparant la bande de conduction et la bande de
valence. Cette énergie lui permet de passer de la bande de valence à la bande
de conduction et donc de franchir la bande interdite. Elle est comprise entre
0,5 à 3,5 eV pour les semi-conducteurs.
Le
photon communiquant à un électron l’énergie nécessaire pour passer de la bande
de valence à la bande de conduction crée des paires électron-trou dans la
jonction. Les porteurs de charges formés vont alors rejoindre leur zone de base
(la zone de type N pour les électrons et la zone de type P pour les trous) : un
courant électrique est créé.
V.
Biocompatibilité, bio-stabilité
Pour
pouvoir fonctionner, le problème de biocompatibilité, de bio-stabilité et faisabilité
chirurgicale doit être pris en compte. Le corps humain est un
milieu agressif : il contient beaucoup d’eau salée, qui corrode les
composants électriques. Les matériaux utilisés pour la rétine artificielle sont
des biomatériaux, c’est-à-dire des matériaux non vivants utilisés dans
un dispositif médical pour interagir avec les systèmes biologiques.
1.
La biocompatibilité et la bio-stabilité
La biocompatibilité est la capacité d’un biomatériau à remplir une
fonction particulière avec une adaptation du corps du patient et la
bio-stabilité est la capacité biomatériaux à être stable, à ne pas
interférer, ni dégrader, le milieu biologique dans l’œil.
Le substrat de la prothèse
rétinienne est en diamant synthétique car elle combine les avantages de forte
résistance mécanique, de bonne isolation électrique et de biocompatibilité très
efficace. En effet, comme il s’agit de carbone, la composition est proche de
celle de la matière vivante et sa composition est assez robuste.
Le
silicium à cause de son faible coût, de son rendement photovoltaïque et de
sa bonne biocompatibilité. En effet, il est très efficace et il peut rester dans le corps sans provoquer
d’infections postopératoires et il est résistant à la corrosion.
Le
matériau conducteur est en or (Au) qui
présente une résistance mécanique et une biocompatibilité.
L’antenne et le
boîtier électronique sont placés autour du globe oculaire à l’aide d’une bande
sclérale, ils ne sont pas atteints par les agressions au sein du corps
VI.
Expérience
La première couche de la rétine artificielle contient du matériau
photovoltaïque qui effectue la transformation de l’énergie lumineuse en énergie
électrique. La couche envoie ensuite le message électrique à la deuxième couche
et puis aux neurones rétiniens (pixel blanche ou pixel noir selon le message
électrique). Dans cette expérience nous allons voir les facteurs qui font que
la plaque photovoltaïque émet la couleur blanche ou noir du pixel mais nous
élargiront le cadre pour prendre en compte les trois couleurs primaire de la
synthèse additive (la rétine artificielle ne permet pas de transmettre ces couleurs
aux neurones rétiniens.
1.
Problème
Quels sont les
facteurs qui permettent à la plaque photovoltaïque d’émettre des messages nerveux
à des tensions différentes ?
2.
Hypothèse
On sait qu’un
objet noir absorbe la lumière sans en émettre. L’œil ne reçoit donc aucune
lumière et donc ne transmet aucun courant électrique aux neurones rétiniens. De
plus, les objets de couleur renvoient des longueurs d’onde différente reçus par
l’œil en fonction de leur couleur.
Lors de la
conversion énergie lumineuse – énergie électrique, la plaque photovoltaïque
remplaçant la rétine artificielle, devrait transmettre aux neurones rétiniens
des courants électriques à des tensions différentes, en fonction de la couleur,
donc des longueurs d’onde
3.
Expérience
Pour
vérifier notre hypothèse, nous avons réalisé une expérience comprenant un
ordinateur avec un logiciel appelé synchronie qui nous permettra de mesurer la
tension à partir d’un graphique, des filtres bleu, vert, rouge, une lampe et
une plaque photovoltaïque (par hypothèse les courbes de réponse des filtres
sont identiques). Cette dernière a été reliée au logiciel synchronie pour
mesurer la tension émise par la source de lumière, ici la lampe. Nous avons
éclairé plusieurs fois la plaque photovoltaïque sur une durée de 20 secondes,
en alternant, à chaque fois, les filtres de sorte que la lumière devienne
bleue, verte puis rouge et nous avons éteint la lampe pour qu’il y ait aucune
lumière (objet noir). La plaque photovoltaïque transforme l’énergie lumineuse
reçue en énergie électrique et les tensions obtenues sont recueillies par l’ordinateur
(synchronie).On s’attend à obtenir des tensions électrique différentes selon
les longueurs d’onde ou l’absence de lumière (noir)
1. Ordinateur avec synchronie
2. Interface entre la plaque et
synchronie
3. Câbles liant la plaque à l’interface
4. La plaque photovoltaïque
5. La lampe (source de lumière)
6. Différents
filtres
7. Support des filtres.
|
4.
Résultats
Légende :
----- = courbe d’un
objet libérant lumière blanche puis vert puis à nouveau blanche
----- = courbe d’un objet libérant lumière blanche puis bleu puis à nouveau blanche
----- =
courbe d’un objet
libérant lumière blanche puis
rouge puis à nouveau blanche
----- = courbe d’un objet libérant lumière blanche puis
noir puis à nouveau blanche
On observe une
baisse de la tension lorsqu’un filtre de n’importe quelle couleur est placé
devant la source de lumière.
Dans la courbe
verte, la tension est de 0,43 V. A environ 7 secondes, elle passe de 0.43 à
0.40V. Entre 7 et 13 seconde, la tension reste constante à environ 0,40V. A
environ 13 secondes, elle augmente de 0,40 V à 0,43 V. De 13 à 20 secondes elle
reste constante à 0,43 V.
Dans la courbe
bleue, la tension est de 0,42 V. A environ 8 secondes, elle passe de 0.42 à
0.23V. Entre 7 et 13 seconde, la tension reste constante à 0,23 V. Et à environ
13 secondes, elle augmente de 0,23 V à 0,43 V. De 13 à 20 secondes elle reste
constante à 0,43 V.
Dans courbe
rouge, la tension augmente de 0,39V et 0,40 V. A environ 7 secondes, elle passe
de 0.40 à 0.38 V. Entre 7 et 15 seconde, la tension reste constante entre 0,38
V et 0,39 V. Et à environ 15 secondes, elle augmente de 0,39 V à 0,41 V. De 15
à 20 secondes elle reste constante à 0,41 V.
Dans la courbe
noire, la tension est de 0,37 V. Entre 7 et 9 secondes, elle passe de 0.37 à
0,01V. Entre 9 et 12 seconde, la tension reste constante à 0,01 V. Et à 12
secondes, elle augmente de 0,01 V à 0,37 V. De 13 à 20 secondes elle reste
constante à 0,37 V.
5.
Interprétation
Ce
graphique nous montre la tension électrique convertie grâce à la plaque
photovoltaïque des lumières bleu, rouge, verte, noire et blanche. La courbe
constante correspond à l’intensité de la lumière blanche et chaque affaissement
de la courbe correspond le moment où le filtre d’une couleur a été placé.
Lorsque la
lumière est placée derrière un filtre rouge, on constate que la tension
électrique diminue légèrement.
Lorsque
la lumière est placée derrière un filtre vert, on constate que la tension
électrique diminue légèrement également mais plus que le celui du rouge :
la tension est propre est propre à l’énergie lumineuse verte.
Lorsque
la lumière est placée derrière un filtre bleu, on constate que la tension électrique
diminue moyennement : il a donc une tension propre.
Lorsque
la lumière est placée derrière un filtre noir, on constate que la tension
électrique diminue fortement, pour atteindre presque une tension électrique
nulle : il a donc une tension propre également.
6.
Conclusion
La
plaque photovoltaïque transmet des messages nerveux à des tensions différentes
et ces tensions correspondent à une couleur. En effet chaque lumière à sa
tension propre. Après la lumière blanche, le rouge est celui qui émet une tension
électrique forte, ensuite vient le vert, puis le bleu et enfin le noir. On peut
aussi en conclure que plus la longueur d’onde est grande, plus la tension
électrique générée par la plaque photovoltaïque est grande.
7.
Critique de l’expérience
Nous pouvons
critiquer l’expérience par le fait que la salle dans laquelle l’expérience a
été effectuée n’était pas complètement noire alors qu’il aurait fallu un lieu
sombre pour reproduire exactement les conditions de la rétine artificielle. Ce
problème explique pourquoi la tension de la couleur noir n’est pas nulle mais
de l’ordre de 0,1 V.
De plus, les
courbes ayant été réalisées séparément puis ensuite rassembler dans un unique
et seul graphique, la tension de la lumière blanche de départ n’est pas la même
pour chaque couleur (pour l’expérience avec le filtre vert, la lumière blanche
émet une tension électrique de 0,43 V ; avec le filtre bleu, la lumière
blanche émet une tension électrique de 0,42 V ; avec le filtre rouge, la
lumière blanche émet une tension électrique de 0,39 V ; avec une absence
de couleur, la lumière blanche de départ émet une tension électrique de 0,37
V). Pour que les courbes soient comparables graphiquement il aurait fallu que
la lumière blanche de départ émette la tension pour les quatre expériences. Ce
problème est du changement de distance effectués, sans le vouloir, lors des
changements de filtres pour les quatre expériences. Néanmoins, les courbes
restent comparables avec le calcul de différence entre la tension de départ et
la tension lors de l’application d’un filtre à la lumière de chaque courbe.
VII.
Conclusion
1.
Résultat
Ils sont neuf patients à travers le monde à avoir bénéficié
d’une implantation de rétine artificielle. Trois, parmi les neuf, ont pu lire
spontanément des lettres, ont été capables de reconnaitre des visages, de
distinguer des objets (comme des fruits, des panneaux, des téléphones). Les
résultats sont très encourageants.
Toutefois, il peut y avoir des différences dans les
résultats : cela s’explique en partie par la variabilité de l’état de
conservation du tissu rétinien qui est différents selon les individus. De plus,
des accidents peuvent survenir. Par exemple, chez un patient, l’implantation a
dû être abandonnée car lors de l’opération une extrémité de l’implant a touché
le nerf optique.
Cependant, aujourd’hui, il est impossible de stimuler
les neurones un par un. De plus, tous les neurones reçoivent des stimuli
identiques alors que, pour une image réelle, ils sont différents. Cela provoque
une certaine désorganisation de l’image.
De plus, cet implant qui a besoin d’un câble qui
traverse la paroi oculaire oblige une immobilisation complète de l’œil qui sont
compensé par les mouvements de la tête (en partie) mais qui pose néanmoins
problème. Ce câble peut aussi provoquer des hypotonies (baisse de pression
intraoculaire) et des endophtalmies (infection intraoculaire), ce qui est aussi
un problème majeur.
2.
Pixellisation
Plus une image a de détails et plus le cortex visuel a
besoin de pixels pour la reconstituer. En effet, le cortex visuel a besoin d’un
certain nombre de pixels pour apercevoir des formes, des obstacles, des
visages, des lettres : par exemple des milliers de pixels sont exigés pour
la restauration fonctionnelle de la vue, comme pour la reconnaissance de
visages et la lecture.
Comme nous pouvons le remarquer, une image correcte
est obtenue à partir de 900 pixels, un niveau à partir duquel la lecture
devient envisageable. L’identification d’un visage est possible à partir de
5000 pixel et une image nette est obtenue avec 850 000 pixels. Or la
rétine artificielle permet d’obtenir une vision de 1500 pixels, ce qui dont une
image très correct mais pas extrêmement précise. Cela qui explique que l’image
est en noir et blanc et que le projet de rétablir une vision en couleur par
stimulation électriques n’est pas encore envisageable car en effet avec des
couleurs, la rétine artificielle ne fournira un dégradé de couleur où l’on ne
pourra voir aucune forme concrète.
Les recherches sur ce dispositif se poursuivent pour améliorer ses
performances. Par
exemple certains chercheurs tentent de remplacer le silicium par un autre
semi-conducteur, le dioxyde de titane (TiO2)
qui nécessite une
énergie de 3,2 eV pour accéder à la bande de valence. Cela produira un courant
qui ne demande pas à être amplifier et donc la présence d’un boitier pour
contrôler l’amplification ne sera pas nécessaire (l’immobilisation de l’œil par
la même occasion).
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