AI を活用した視覚補綴用人工視覚

研究者らは、網膜および皮質人工装具患者の知覚経験を定量化するために設計された、人間を含む基本的な実験研究（BESH）を実施する予定です。 これらの実験は、行動データを収集するための標準手順に従い、単純な知覚タスク (信号検出、物体認識など) と行動タスク (目標位置に向かって歩くなど) が含まれます。

研究者らは、CORTIVIS および Argus II の患者に、電極を直接刺激する (FDA 承認のパルス列を使用) か、患者にコンピュータまたはプロジェクターの画面を表示させ、標準の刺激プロトコル (患者のデバイスで標準的に使用されているものと同じ) を使用する) ことによって視覚知覚を生成します。 ) コンピューターまたはプロジェクターのスクリーン画像を電極上のパルス列に変換します。 研究者らは、心理物理学的データと計算モデルに基づいて、単純な知覚および行動タスク (物体認識、ナビゲーションなど) をサポートするためのさまざまな刺激エンコーディング方法の能力をテストします。 これらの符号化方法には、シーン内の重要なオブジェクトを強調表示したり、近くの障害物を強調表示したりするコンピューター ビジョンおよび機械学習方法が含まれる場合があり、個々の患者に合わせて調整することができます。 プロテーゼ患者のパフォーマンスは、刺激コード化方法全体と、プロテーゼ患者の予想される知覚経験に一致するように操作された刺激を表示する正常に見える対照被験者のパフォーマンスの両方で比較されます。

通常の刺激方法は、眼鏡に取り付けられたカメラから、ビデオ画像を FDA 承認の電子パルス列に変換するビデオ処理ユニット (VPU) を経由する一連の刺激です。 場合によっては、捜査官がカメラを使用して被験者をテストすることがあります。 より多くの場合、研究者は、外部コンピュータを使用してパルス列を直接指定する場合に「直接刺激」を実行します（たとえば、Argus II の場合、電流振幅 100 マイクロアンペア、パルス幅 45 の 1 秒 10 Hz の陰極パルス列）電極までのマイクロ秒 12)。 これらの直接パルス列は VPU に送信されます。 この VPU には、これらのパルス列が FDA 承認の安全限界内にあることを確認するソフトウェアが含まれています。 たとえば、これらのパルスは電荷のバランスがとれており (陽極/陰極の電荷が等しい)、電荷密度が 35 マイクロクーロン/cm2 未満である必要があります。 場合によっては、捜査官がカメラを使用して被験者をテストすることがあります。 場合によっては、研究者はパルス列を直接指定することによって、VPU にパルスを直接送信します (例: 電流振幅 100 マイクロアンペア、パルス幅 45 マイクロアンペアの 1 秒 10 Hz 陰極パルス列を Argus II インプラントの電極 12 に送信します) ）。

安全性のための重要なパラメータには、a) パルスは電荷のバランスをとる必要があること (陽極パルスの後にすぐに陰極パルスが続く必要があり、その逆も同様です。そうしないと電極が溶解します)、b) 電荷密度を制限する必要があります。 電子/神経インターフェースは非常に高い刺激レートと高電流レベルに対して堅牢であるため、パルス列の周波数とパルス列の電流振幅は実際には重要な安全性の問題ではありません。 しかし、高周波パルス列や高振幅パルス列は、大規模な神経細胞の発火を誘発するため、患者に不快感を引き起こす可能性があります（暗い映画館から日光に向かうのと同様）。 研究者は通常、患者がデバイスを使用するときに使用する正常範囲にあるパルス列の周波数/振幅に焦点を当てます。 研究者が、より強い神経反応を生成すると予想される (したがって不快感を引き起こす可能性がある) パラメーターを使用する場合、常にそれらを段階的な関数で導入します (例: 徐々に振幅を増加させながら、感覚が「不快なほど明るい」ものではないことを確認しながら、患者がその感覚が不快に近づいていると報告した場合、研究者は直ちに刺激の強度を下げます。 PI はこのアプローチの経験があり、これらのプロトコルについてすべての職員を訓練します。

モニター上の刺激/画像に応じて、被験者は知覚的な判断を下すか、単純な行動課題を実行することが求められます。 例には、刺激の検出 (「その試験でライトが見えましたか」)、タッチ スクリーン上に描画することによるサイズの報告、または目標の場所までの歩行が含まれます。 患者の反応と反応時間の両方が記録されます。

これらの刺激はいずれも感情的な反応を引き起こしたり、いかなる形でも嫌悪感を引き起こすものではありません。

場合によっては、調査員は被験者の目の位置を測定するデータも収集します。 これは非侵襲的処置であり、被験者の瞳孔の位置を追跡する赤外線カメラを介した標準的な視線追跡装置を使用して実行されます。 目の位置や瞬きなどの測定値のみが記録されるため、これらのデータには個人を特定できる情報は含まれません。

被験者には、必要に応じて何度でも休憩をとることが奨励されます（被験者は試験室から出ても構いません）。 研究者は、次のようなさまざまな実験手法を使用します。 (1) 同じ-異なる - 例: 被験者には 2 つの知覚が示され、それらが同じか異なるかを尋ねられます。 (2) 調整方法 - 例: 被験者は、知覚がほとんど見えなくなるまで表示/刺激強度を調整するように求められます。 (3) 2 つの二者択一強制選択 - 例: 被験者には 2 つの刺激が提示され、2 つの刺激のどちらが明るいかを尋ねられます (4) 識別 - 被験者はどちらの文字が提示されたかを識別するよう求められます。

場合によっては、精度を測定するだけでなく、研究者は複数のセッション (最大 5 セッション、それぞれ異なるテスト日に実行) にわたって同じタスクを繰り返すことで、実践による改善を測定します。