本発明は、自然の刺激を含む広範囲の刺激に対する網膜の応答を模倣する網膜人工器官方法及びデバイスを提供する。神経節細胞発火パターンが、１組のエンコーダ、インタフェース、及びトランスデューサを使用して刺激に応答して発生され、各トランスデューサは、単一の細胞又は少数の細胞をターゲットにする。変換は、正常な網膜により行われるものと同じ時間尺度で行われる。更に、本発明の態様は、ロボット又は視覚化情報の処理を必要とする他の機械的デバイスと共に使用することができる。エンコーダは、加齢又は疾患の経過によって時間と共に調節することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
視力を回復又は改善する方法であって、
刺激を受け取る段階と、
前記刺激を１組のエンコーダで１組のコードに変形する段階と、
前記コードをインタフェースを用いて信号に変形する段階と、
前記インタフェースからの前記信号により駆動された高解像度トランスデューサを用いて複数の網膜細胞を活性化する段階と、
を含み、
前記複数の網膜細胞を活性化する段階は、同じ刺激に対する正常な網膜からの網膜神経節細胞の応答と実質的に類似である広範囲の刺激に対する網膜神経節細胞応答をもたらす、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約９５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．９５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約６５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．６５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約３５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．３５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記活性化された網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約９５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時の前記活性化された網膜からの網膜神経節細胞応答から再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．９５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記活性化された網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約６５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時の前記活性化された網膜からの網膜神経節細胞応答から再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．６５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記活性化された網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約３５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時の前記活性化された網膜からの網膜神経節細胞応答から再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．３５である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記コード化する段階は、
前記刺激を前処理して複数の値Ｘにする段階と、
前記網膜内の網膜神経節細胞ｍに対して前記複数のＸ値を複数の発火率λ_mに変形する段階と、
前記発火率からのスパイクを表すコードを発生させる段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
バースト排除段階を用いて前記コードを修正する段階を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コードは、前記バースト排除段階中に持続的に格納されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バースト排除段階は、
検査されるセグメントの持続時間と該持続時間のセグメントに対するパルスの基準数とを定義する段階と、
セグメント内のパルスを数える段階と、
前記パルス数が前記基準数を超えた場合に前記セグメントをパルス間の時間がほぼ最大である代替物で置換する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記エンコーダは、パラメータを有し、
前記パラメータの値が、網膜から該網膜が白色ノイズと自然情景刺激に露出されている間に得られた応答データを使用して判断される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記コードは、インタフェースを使用して複数の可視光パルスを含む出力に変形されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記トランスデューサは、少なくとも１つの可視光応答要素を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記可視光応答要素は、蛋白質であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記蛋白質は、チャンネルロドプシン−１、チャンネルロドプシン−２、ＬｉＧｌｕＲ、ＣｈＥＴＡ、ＳＦＯ（ステップ関数オプシン）、ＯｐｔｏＸＲ（光感受性ＧＰＣＲ）、ボルボックスチャンネルロドプシン−１、ボルボックスチャンネルロドプシン−２、ＣｈＩＥＦ、ＮｐＨｒ、ｅＮｐＨＲ、及びその組合せから構成された群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記蛋白質をコード化する遺伝子が、ウイルスベクターを使用して前記細胞内に導入されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ウイルスベクターは、組み換えアデノ随伴ウイルスであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記遺伝子は、少なくとも１つの網膜神経節細胞型で選択的に発現されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記遺伝子は、２ベクターｃｒｅ−ｌｏｘ系を使用して選択的に発現され、
前記２つのベクターの発現パターンが、前記選択された細胞型内でのみ重なる、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）逆方向の向きに配置されたｌｏｘＰ部位が側にあり、かつ少なくとも前記選択された細胞型で発現した第２の遺伝子に対するプロモーターの制御下にある光感受性蛋白質を発現させる反転遺伝子を含む第１のベクター、及び
（ｂ）少なくとも前記選択された細胞型で発現する第３の遺伝子に対するプロモーターの制御下にあるＣｒｅリコンビナーゼと他の細胞部類の重複なしの組とを含む第２のベクター、
を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
方法を実施するデバイスが、網膜変性疾患を有する被検者を治療するのに使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記網膜変性疾患は、黄斑変性であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記網膜変性疾患は、網膜色素変性症であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記治療された被検者は、ＥＶＡ又はＥＴＤＲＳプロトコルで測定した時に少なくとも約９５％の正常な視力を達成することができることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記治療された被検者は、ＥＶＡ又はＥＴＤＲＳプロトコルで測定した時に少なくとも約６５％の正常な視力を達成することができることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記治療された被検者は、ＥＶＳ又はＥＴＤＲＳプロトコルで測定した時に少なくとも約３５％の正常な視力を達成することができることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記治療された被検者は、パターンＶＥＰ検査又はスイープＶＥＰ検査を使用して２倍又はそれよりも大きい変化を体験することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
複数の網膜細胞を活性化する方法であって、
刺激を受け取る段階と、
前記刺激を１組のエンコーダで１組のコードに変形する段階と、
前記コードをインタフェースを用いて信号に変形する段階と、
前記インタフェースからの前記信号により駆動された高解像度トランスデューサを用いて複数の網膜細胞を活性化する段階と、
を含み、
前記複数の網膜細胞を活性化する段階は、同じ刺激に対する正常な網膜からの網膜神経節細胞の応答と実質的に類似である広範囲の刺激に対する網膜神経節細胞応答をもたらす、
ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約９５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．９５である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約６５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．６５である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約３５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．３５である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
視力を、それを必要とする被検者において回復又は改善するための装置であって、
刺激を受け取るためのデバイスと、
前記刺激から１組のコードを発生させる１組のエンコーダを格納する持続性コンピュータ可読媒体、
少なくとも１つのプロセッサ、及び
前記コードを格納する持続性コンピュータ可読媒体、
を含む処理デバイスと、
前記コードを出力に変換するためのインタフェースと、
複数の網膜細胞を活性化するための高解像度トランスデューサと、
を含み、
前記複数の網膜細胞の活性化が、同じ刺激に対する正常な網膜からの網膜神経節細胞の応答と実質的に類似である広範囲の刺激に対する網膜神経節細胞応答をもたらす、
ことを特徴とする装置。
【請求項３４】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約９５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．９５である、
ことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約６５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数は、少なくとも約０．６５である、
ことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約３５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数は、少なくとも約０．３５である、
ことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記治療された被検者は、ＥＶＳ又はＥＴＤＲＳプロトコルで測定した時に少なくとも約３５％の正常な視力を達成することができることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記治療された被検者は、パターンＶＥＰ検査又はスイープＶＥＰ検査を使用して２倍又はそれよりも大きい変化を体験することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３９】
前記被検者は、網膜変性疾患を有することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項４０】
前記網膜変性疾患は、黄斑変性であることを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記網膜変性疾患は、網膜色素変性症であることを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
コンピュータ実行可能命令を有する持続性コンピュータ可読媒体であって、
少なくとも１つの刺激を持続性コードに変換するための１組の命令、
を含み、
前記コードは、高解像度トランスデューサを用いて複数の網膜細胞を活性化することができ、
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約３５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．３５である、
ことを特徴とする持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項４３】
前記命令の組は、パラメータを有し、
前記パラメータの値が、網膜から該網膜が白色ノイズと自然情景刺激に露出されている間に得られる応答データを使用して判断される、
ことを特徴とする請求項４２に記載のコンピュータ実行可能命令を有する持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項４４】
コンピュータ実行可能命令を有する持続性コンピュータ可読媒体であって、
正常な網膜の刺激に対する応答と実質的に類似である応答を生成するために網膜内の少なくとも１つの細胞を活性化するように少なくとも１つのトランスデューサを制御するための該刺激に対応する信号、
を含むことを特徴とする持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項４５】
前記信号は、１組のコードを含み、
前記コードを使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率が、正常な網膜からの網膜神経節細胞応答を使用して実行した強制選択視覚弁別タスクに対する適中率の少なくとも約３５パーセントであり、又は
試験刺激と該試験刺激が呈示された時に前記コードから再構成された刺激との間のピアソンの相関係数が、少なくとも約０．３５である、
ことを特徴とする請求項４４に記載の持続性コンピュータ可読媒体。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４−１】

【図４−２】

【図４−３】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９Ａ】

【図９Ｂ】

【図９Ｃ】

【図９Ｄ】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【公表番号】特表２０１３−５２１０１７（Ｐ２０１３−５２１０１７Ａ）
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５５２１１（Ｐ２０１２−５５５２１１）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２６５２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６７８３
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＨＤＭＩ
【出願人】（５０８２９８４８８）コーネル　ユニヴァーシティー (8)
【Ｆターム（参考）】