Het kunstoog dat kan zien

Transcriptie

1 Het kunstoog dat kan zien Natuurkunde Biologie - Informatica PWS Nadine Duursma 6E College Hageveld Begeleider: Els van Tol

2 Imagination is more important than knowledge (Albert Einstein, ) 1

3 Profielwerkstuk CG- Eye Natuurkunde, Biologie, Informatica PWS Atheneum College Hageveld Door: Nadine Duursma Begeleider: Els van Tol

4 SAMENVATTING In dit profielwerkstuk wordt een oplossing gezocht voor mensen met een kunstoog die niets kunnen zien. Er wordt een ontwerp gemaakt van een kunstoog dat in staat is om zelf waarnemingen te doen en deze te sturen naar de hersenen. Hiervoor wordt gewerkt in drie fasen: de drie i s. Deze staan voor informatie, inspiratie en innovatie. In de informatie fase wordt onderzoek gedaan naar de werking van het oog. De ogen bestaan uit onder andere de lens, het netvlies met lichtgevoelige cellen, en de oogzenuw. Licht komt het oog via de lens binnen en valt op de lichtgevoelige cellen. Deze zetten lichtstalen om in zenuwimpulsen en stimuleren de oogzenuw, die de impulsen naar de hersenen brengt. Patiënten met een kunstoog hebben geen lens en geen fotoreceptoren, en missen dus de omzetting van licht in elektrisch signaal. In de inspiratie fase wordt gekeken naar welke technieken al bestaan om deze omzetting te realiseren. Bij doven zet een gehoorapparaat waarnemingen om in elektrisch signaal. Ook voor blinden bestaat er al een soortgelijk hulpmiddel. Om de oogzenuw te stimuleren wordt eerst een beeld gemaakt met een camera. Dit beeld wordt vervolgens verwerkt tot elektrische impulsen met behulp van een beeldprocessor, de VPU. De VPU zendt dit signaal naar een spoel in het oog. Daarna gaat het naar een plaatje met elektroden op de oogzenuw die met dit elektrisch signaal de zenuwcellen van de oogzenuw op de juiste manier stimuleert. De oogzenuw brengt de impulsen naar de hersenen waar deze worden verwerkt. In de laatste fase: innovatie, worden verschillende hulpmiddelen voor blinden vergeleken en wordt er gekeken welk van deze het meest geschikt is om in het kunstoog te plaatsen. Door een combinatie van de juiste technieken en de kleinste hardware is het mogelijk om deze applicatie zodoende te verkleinen dat deze past in het kunstoog. Op deze manier is het voor patiënten met een kunstoog weer mogelijk om dingen te zien. 3

5 SUMMARY A glass eye can help to improve the appearance of people who have lost an eye, for example as a consequence of an injury, a disease or after their birth. However this glass eye improves the appearance, the patient is not able to see with this glass eye. During this project, a solution is found for this problem. There are three phases, namely the three i s: information, inspiration and innovation. During the information phase is explained how the eye works. During the inspiration phase, various techniques are examined and explained on how they work. This techniques able blind people to see. Most of them are big applications, so they does not fit in an glass eye. In the last phase, innovation, this techniques are compared to each other. By using the tiniest materials and the right application, a sight is proved for people with an glass eye. 4

6 VOORWOORD Voor Natasha, mijn bijna blinde tante. Ik hoop dat je ogen niet te snel achteruitgaan en dat je je hele leven nog een beetje kan zien. Toen ik begon aan de zoektocht naar een geschikt onderwerp voor mijn PWS ontdekte ik al snel dat ik behoefte had om iets nieuws te maken: een innovatief ontwerp dat anderen kunnen gebruiken in het leven. Ik heb verschillende uitvinden gedaan zoals: Een melkfles die verkleurt wanneer de melk zuur is geworden. Een speciale trein die zich verplaatst door een vacuüm tunnel met ijs als ondergrond en daarmee nauwelijks lucht- en rolweerstand ondervindt. Een sensor voor de dode hoek van een vrachtwagen. Dit zou leiden tot minder ongelukken. Een methode om energie op te wekken met regendruppels door middel van watermolens die gebruikmaken van zwaarte-energie. Helaas kwam ik erachter na wat zoeken op het internet dat veel van mijn uitvinden al eerder door iemand anders waren gedaan. Sommige bestonden zelfs al vijf jaar. Toen ik op straat iemand zag lopen met een gehoorapparaat, begon ik me af te vragen: waarom kan een dove wel horen met een gehoorapparaat, maar kan een blinde niet zien met speciale hulpmiddelen? Zo heb ik ook een speciale bril uitgevonden, waarmee een blinde weer in staat zou zijn om te kunnen zien, die werkte volgens hetzelfde principe. Toen ik ontdekte dat deze bril ook al bestond werd ik even overmoedig. Het leek net alsof de wereld al volledig was geïnnoveerd. Een er was nog een groot probleem: de hele jaarlaag had inmiddels al een onderwerp, behalve ik. Ik gaf niet op, ik bleef gewoon rustig doorzoeken naar een onderwerp. Ik doe het liever in een keer goed dan meerdere keren fout. De week daarop zag ik bij National Geographic een korte documentaire over hoe kunstogen worden gemaakt. Dat was het moment waarop ik me realiseerde dat nog niet alles was bedacht wat mogelijk is. Mensen met twee kunstogen zijn namelijk niet in staat om iets te zien. Ik wist het zeker: in mijn PWS ga ik een oplossing zoeken voor dit probleem. Ogen als onderwerp spraken mij meteen aan. Ik heb mijn hele leven al slechte ogen gehad. Ik had vroeger een sterkte van +8, en nu zijn mijn ogen vooruitgegaan naar +6. Ik heb s avonds een bril en overdag draag ik lenzen. Ik wilde graag onderzoek 5

7 doen naar hoe oogafwijkingen ontstaan en daarmee andere mensen, die nog minder kunnen zien dan ik, helpen om hun zicht te verbeteren. Hierbij wil ik graag Els van Tol bedanken voor het begeleiden van mijn profielwerkstuk. Ik ben erg blij met de zelfstandigheid die ik heb gekregen, en met de hulp die Els heeft geboden wanneer het nodig was. 6

8 INHOUDSOPGAVE Samenvatting...3 Summary...4 Voorwoord...5 Inhoudsopgave... 7 Inleiding...9 Ontwerp... 9 Hypothese... 9 Werkwijze Fase I: Informatie Licht, wat is dat eigenlijk? Verschillende kleuren Breking De bouw van het oog De uitwendige bouw van het oog De Inwendige bouw van het oog : De oogspieren Scherpstellen Scherp zien op verschillende afstanden Bijziend en verziend De afvoer van impulsen Van netvlies naar fotoreceptor Van fotoreceptor naar oogzenuw Van oogzenuw naar de hersenen Aan het einde van de oogzenuw in de hersenen In de hersenen Het zien van kleuren, licht en contrast Staafjes en kegeltjes: overeenkomsten en verschillen De omzetting van licht naar een elektrisch impuls Het kunstoog: een oog dat niets ziet verschillende operaties Verschillende soorten protheses

9 Fase II: Inspiratie Het cochleair implantaat De werking van het oor De werking van het cochleair implantaat De Codering van het geluid Aansturing van de elektroden Het bionisch oog De werking van het bionisch oog Het inwendige implantaat Van videobeeld naar elektrische impulsen Aansturing van elektroden Verschillende typen elektrodeplaten, binnenin de oogbol Verschillende typen elektrodeplaten, buiten de oogbol Fase III: Innovatie De onderdelen van het kunstoog De elektrodeplaat De camera Van kunstoog naar VPU, en weer terug Energievoorziening Benodigdheden Het ontwerp Het prototype Het logo Conclusie Discussie Relevantie Onnauwkeurigheden Vervolgonderzoek Nawoord Bronnenlijst Bijlagen Logboek wat, waar, wanneer logboek problemen, oplossing en opmerkingen

10 INLEIDING De afgelopen decennia heeft het medisch gebied zich sterk ontwikkeld. Dagelijks worden er in het ziekenhuis operaties uitgevoerd; gebroken botten worden recht gezet, bij een transplantatie worden hele organen vervangen en met een gehoorapparaat kan een dove weer horen. Ook voor mensen die een oog missen is een oplossing, namelijk het kunstoog. Aan hun uiterlijk is niets vreemds meer op te merken, maar toch is de look nog niet helemaal compleet. Een mens met twee kunstogen kan zichzelf namelijk helemaal niet zien. In dit PWS wordt een oplossing gezocht naar dit probleem. De hoofdvraag die in dit onderzoek beantwoord moet worden luidt: Hoe is het mogelijk om met een kunstoog te zien? ONTWERP Het ontwerp van het kunstoog is geïnspireerd door de werking van een gehoorapparaat met implantaat. In dit gehoorapparaat worden waarnemingen omgezet in een elektrisch signaal en doorgegeven aan de gehoorzenuw met behulp van een implantaat. De zintuigcellen in de gehoorzenuw worden gestimuleerd door middel van stroompulsjes, die vervolgens hun signaal doorgeven aan de hersenen. (Hoorzaken) HYPOTHESE Het principe van het kunstoog werkt hetzelfde. Het kunstoog doet de waarnemingen met behulp van een camera. Deze waarnemingen worden vervolgens omgezet in elektrische impulsen, die de oogzenuw prikkelen. De zenuwcellen geven het signaal door aan de hersenen, eventueel met behulp van een implantaat. In de hersenen wordt dit signaal verwerkt tot een beeld, waardoor de patiënt weer kan zien. Om dit mogelijk te maken worden bestaande technieken die blindheid verhelpen gecombineerd. Denk hierbij aan camera s die beeld omzetten in zenuwimpulsen en implantaten die deze impulsen naar de hersenen brengen. Om dit idee te realiseren wordt het hoofdprobleem opgedeeld in drie fasen: de drie i s. De eerste i staat voor informatie, gevolgd door inspiratie en innovatie. De volgende deelvragen worden hierbij beantwoord: 9

11 Fase I: Informatie Hoe werkt het oog? Hoe is een kunstoog opgebouwd? Welke onderdelen van het oog ontbreken bij mensen met een kunstoog? Fase II: Inspiratie Hoe werkt een gehoorapparaat met implantaat? Welke technieken bestaan er om blinden weer te ziende te maken en hoe werken deze? Fase 3: Innovatie Hoe worden deze technieken toegepast in het kunstoog? Hoe ziet het kunstoog eruit? WERKWIJZE De vragen van de eerste en tweede fase; informatie en inspiratie, worden beantwoord aan de hand van literair onderzoek. In de laatste fase: innovatie, wordt gekeken hoe deze technieken worden toegepast in het kunstoog en er wordt een ontwerp gemaakt. Hierbij wordt onder andere gekeken naar het uiterlijk, de gebruiksvriendelijkheid, en naar de technische opbouw aan de binnenkant. 10

12 FASE I: INFORMATIE De ogen zijn wonderbaarlijke organen. Voor de meeste mensen zijn ogen de belangrijkste informatiebron. Voorwerpen, kleuren en afstanden zijn te zien met de ogen. Het licht komt je oog binnen en gaat vervolgens via de organellen in het oog naar de oogzenuw, die het signaal doorgeeft aan de hersenen. Dit is de plek waar deze signalen worden verwerkt, waardoor een beeld wordt gevormd. (Reader's Digest, 2009) 1. LICHT, WAT IS DAT EIGENLIJK? Voordat de werking van het oog begrepen kan worden moet er eerst gekeken worden naar wat licht precies is. Licht bestaat uit elektromagnetische straling, oftewel golven. Deze golven hebben een bepaalde golflengte. Een menselijk oog kan lichtstralen verwerken met een golflengte tussen de 400 en 700nm. Een nanometer is gelijk aan meter. Golven met een hogere of lagere intensiteit zoals ultraviolet, röntgenstraling of radiostraling kan het menselijk oog niet waarnemen. (Ouwerkerk) 1.1 VERSCHILLENDE KLEUREN Warme kleuren, zoals bijvoorbeeld rood en oranje, hebben een lange golflengte van ongeveer 700nm. Koelere kleuren, waaronder blauw en groen hebben relatief een kortere golflengte (400nm) en bevatten daarmee dus meer (licht)energie. Wanneer licht reageert met objecten kunnen er drie processen optreden: reflectie, absorptie of breking. Afhankelijk van de kleur en het materiaal van het object, worden sommige lichtstralen geabsorbeerd, terwijl de andere lichtstralen worden gereflecteerd of gebroken. 11

13 Warme kleuren hebben een langere golflengte dan koude kleuren. (Hendriks, 2015) Een voorwerp absorbeert alle lichtstralen die niet dezelfde golflengte hebben als de kleur die waargenomen wordt. Een rood voorwerp zal alle lichtstralen absorberen, behalve de lichtstralen met de golflengte van rood licht. Deze lichtstralen worden gereflecteerd. Een zwart voorwerp absorbeert alle lichtstralen, en een wit voorwerp reflecteert alle lichtstralen. Omdat een zwart voorwerp alle lichtstralen absorbeert, neemt het straling op. Daarom zijn zwarte auto s meestal warmer dan witte auto s op een warme dag. Alle lichtstralen die zijn gereflecteerd, gaan richting het oog. (Dijk J. v., 2013) 1.2 BREKING Lichtstralen kunnen ook worden gebogen, bijvoorbeeld in water. Deze breking wordt veroorzaakt door de snelheid waarmee lichtstralen zich voortbewegen. In water verplaatsen lichtstralen zich minder snel dan in vacuüm. Elke stof heeft zo zijn eigen brekingsindex. Hoe meer de brekingsindex van twee stoffen verschilt, hoe groter de breking van de lichtstralen. (Awouters, 2016) 12

14 2.DE BOUW VAN HET OOG 2.1 DE UITWENDIGE BOUW VAN HET OOG Het oog bestaat uit de oogbal en de oogkassen. De oogkassen beschermen de oogbal, en zorgen ervoor dat deze niet snel beschadigd raakt. Wenkbrauwen: Boven het oog zitten de wenkbrauwen. Deze beschermen het oog tegen stof en vuiltjes die van bovenaf komen. Ook zweet en felle zon worden gedeeltelijk door de wenkbrauwen tegengehouden. Wimpers: De wimpers dienen als tweede beschermlaag tegen vuiltjes en zweet. Wanneer een voorwerp of vuil in contact komt met de wimpers, sluit je oog vanuit een reflex (Staal, 2009). Ook houden de wimpers voor een gedeelte UV-straling tegen, zodat het oog minder wordt blootgesteld aan fel schadelijk licht. Traanklier: de traanklier produceert een waterachtige oplossing, beter bekend als tranen. Via kleine afvoerkanaaltjes bereiken deze het oog. Ze zorgen ervoor dat het oog niet uitdroogt en dat de viezigheid uit het oog verwijderd wordt. Via de traanbuis loopt het overtollige water weer terug. (Coninck, 2016) Zo ziet het oog er aan de buitenkant uit. Bron: (Coninck, 2016) Iris: De iris, ook wel het regenboogvlies genoemd, is het gekleurde gedeelte van je oog. Deze bevindt zich tussen de lens en het hoornvlies. De kleur van je ogen is wordt bepaald door de iris. De iris bevat ook twee spieren die de pupilgrootte aanpassen. Pupil: In het midden van de iris zit de pupil, een gat dat groter en kleiner kan worden. De grootte van de pupil is afhankelijk van de hoeveelheid licht die erop valt. De werking is vergelijkbaar met een diafragma van een fototoestel waarmee de belichting wordt geregeld. Om het gat groter of kleiner te maken beschikt het oog over twee spieren: de kringspier en de lengtespier, die zich in de iris bevinden. Bij te fel licht trekt de kringspier samen met als gevolg dat de pupil kleiner wordt. Dit 13

15 verloopt via het pupilreflex. Om de pupil groter te maken bij zwak licht trekt de lengtespier samen. Hiermee wordt voorkomen dat het oog wordt blootgesteld aan te fel licht, en deze pupilvernauwing zorgt voor een scherp beeld (Scherpstellen zie hoofdstuk 1.2). (Reader's Digest, 2009), (Eyescan, 2016) 2.2 DE INWENDIGE BOUW VAN HET OOG De bouw van de oogbol De oogbol is opgebouwd uit meerdere lagen, namelijk de harde oogrok, het vaatvlies en het netvlies. De harde oogrok: de harde oogrok is de buitenste laag van de oogbol. Deze is wit van kleur, en neemt het grootste gedeelte van je oogbol in beslag. Aan de voorkant gaat de harde oogrok over in een doorzichtig deel, genaamd het hoornvlies. Vaatvlies: dit is de middelste laag van de oogbol. Aan de voorzijde van de oogbol gaat het vaatvlies over in de iris en de pupil. In tegenstelling tot het hoornvlies bevat het vaatvlies veel bloedvaten. Deze voorzien het oog van voedingsstoffen. (Smit, 2014) Netvlies/ retina: de binnenste laag van de oogbol. Het netvlies bevat zintuigcellen die het waar het licht op valt. De inwendige bouw van het oog (Noordhoff Uitgevers bv, 2013) 14

16 De voorkant van het oog Aan de voorkant van het oog bij de pupil is de opbouw van het oog anders. In plaats van de harde oogrok, het vaatvlies en het netvlies is het oog aan de voorkant opgebouwd uit de volgende onderdelen: Hoornvlies: het ondoorzichtige deel van je ogen is het hoornvlies. Deze valt over de iris en de pupil. Wanneer lichtstralen het oog binnenvallen, lopen ze evenwijdig aan elkaar. Het hoornvlies zorgt ervoor dat het licht naar elkaar toe gebroken wordt, oftewel convergentie. De buitenzijde van het hoornvlies is in contact met lucht, terwijl de binnenkant in contact is met een vloeistof, genaamd het kamervocht (in de geneeskunde aqueous humor). Door het verschil in de brekingsindex van lucht en vloeistof en door de bolle vorm van het hoornvlies buigen de lichtstralen naar elkaar toe. De lens: Nadat het licht het hoornvlies heeft gepasseerd, gaat het door de pupil naar de ooglens. Deze bolle ooglens, die zich achter de iris bevindt, buigt de lichtstralen nog meer naar elkaar toe. Ook speelt de lens een rol bij het scherpstellen van voorwerpen op verschillende afstanden (scherpstellen hoofdstuk 3.1). Glasachtig lichaam: Het glasachtig lichaam vult het deel van het oog achter de lens. Het is een geleiachtige vloeistof (in de geneeskunde corpus vitreum) die voor het grootste deel uit water bestaat. Deze zorgt ook weer voor extra breking van het licht door verschil in brekingsindex en zorgt voor de bolle vorm van het oog. Het lichtgevoelige deel van het oog Wanneer licht het oog is binnengevallen komen de stralen op de zenuwcellen achterin het oog. Hier wordt het beeld omgezet in elektrische impulsen, die naar de hersenen worden gebracht. Hierbij zijn de volgende organellen betrokken: Netvlies/ retina: Aan de binnenkant van het oog, recht tegenover de pupil bevindt zich het netvlies. Dit is de plek waar de lichtstralen elkaar kruisen. Doordat de lichtstralen erg naar elkaar toe zijn geconvergeerd, valt het beeld omgekeerd op het netvlies. Hier bevinden zich fotoreceptoren, die lichtstralen omzetten in prikkels. Deze worden naar de hersenen gestuurd en daar verwerkt. Het netvlies bestaat uit meerdere onderdelen: - Gele vlek: De gele vlek is een ronde vlek met een doorsnede van ongeveer 5mm. Hier bevinden zich de meeste fotoreceptoren, maar geen bloedvaten. Er worden veel prikkels naar de hersenen gestuurd, waardoor op deze plek van het oog de scherpste beelden ontstaan. (Noordhoff Uitgevers bv, 2013) - Blinde vlek: De blinde vlek ligt op het netvlies, vlak boven de gele vlek. Op deze plek verlaat de oogzenuw het oog. Hier bevinden zich geen fotoreceptoren, dus theoretisch is ieder mens op deze plek blind. Toch is daar niks van te merken, want 15

17 de hersenen vullen deze ontbrekende informatie zelf aan. Wanneer hier wel fotoreceptoren zouden zitten, zou er enkel een schaduw waargenomen worden van de bloedvaten. (Boer, 2002) De oogzenuw: De oogzenuw heeft een diameter van 2,7 mm (Delbeke, Oozeer, & Veraart, 2003), en bevat zenuwcellen, ook wel ganglioncellen genoemd. Deze dragen prikkels over aan de hersenen. De bloedvaten van de oogzenuwen vertakken zich bij het netvlies voor de bloedtoevoer en afvoer naar organellen in het oog. (Erasmus Universiteit Rotterdam, 2015) 2.3: DE OOGSPIEREN Het menselijk oog bevat zowel inwendige als uitwendige spieren. Door inwendige spieren kan het oog scherpstellen en door de uitwendige spieren kan de oogbol in alle richtingen bewegen. Hierdoor is het mogelijk om alle kanten op te kijken zonder dat het hoofd gedraaid hoeft te worden. De zes spieren van het oog (Bronnen fig. links: (Reader's Digest, 2009), fig. rechts: (Nijs, 2013)) Tot de uitwendige oogspieren behoren zes spieren. Er wordt onderscheid gemaakt tussen schuine en rechte oogspieren. Het oog bevat vier rechte en twee schuine oogspieren. De rechte oogspieren zitten elk bevestigd aan een zijde van het oog. Zo zijn er binnenste, buitenste, onderste en bovenste schuine oogspieren. Door de rechte oogspieren is het mogelijk om naar boven, onder, links en rechts te kijken. Door schuine oogspieren kan het oog ook schuin naar boven of beneden kijken. De bovenste schuine oogspier draait de oogbol naar beneden en naar buiten, terwijl de buitenste schuine oogspier ervoor zorgt dat de oogbol naar boven en naar buiten kan draaien. (Karin, 2011) 16

18 3. SCHERPSTELLEN 3.1 SCHERP ZIEN OP VERSCHILLENDE AFSTANDEN Om scherp te zien moet het beeld op de juiste plek geprojecteerd worden op het netvlies. De lichtstralen moeten precies op deze plek samenvallen voor een scherp beeld. De lichtstralen van een voorwerp dat dichtbij staat, moeten anders worden gebroken dan de lichtstralen van een ver voorwerp. Wanneer het oog ontspannen is ziet het voorwerpen op afstand scherp. Op het moment dat voorwerpen dichterbij komen, vanaf ongeveer 6 meter afstand, moeten de lichtstralen in grotere mate worden gebogen. De processen die dit mogelijk maken worden accommodatie, convergentie en pupilvernauwing genoemd. (Reader's Digest, 2009) Accommodatie Door de vormverandering van de ooglens, verandert de lichtbreking. De ooglens is verbonden met het straalachtig lichaam door de lensbandjes. Wanneer het straalachtig lichaam is ontspannen, is er in het midden een opening met een grote diameter, dus de lensbandjes staan strak. Er wordt aan beide uiteinden van de lens getrokken en de lens wordt plat. Hierdoor kun je voorwerpen die ver weg staan goed zien. Wanneer het straalachtig lichaam zich aanspant, wordt de diameter van de opening kleiner waardoor de lensbandjes verslappen. Hierdoor wordt de lens boller, met als gevolg dat de lichtstralen meer worden geconvergeerd. Dit maakt het mogelijk om voorwerpen dichtbij scherp te zien. Accommodatie van het oog. Links: oog ontspannen, ver scherp zicht, rechts: straalachtig lichaam aangespannen, dichtbij scherp zicht. (10 voor biologie, 2016) Convergentie Om een scherp beeld te krijgen moeten de lichtstralen van een object allebei op dezelfde plaats van het netvlies vallen. Bij het kijken naar nabije voorwerpen moeten de ogen naar binnen draaien, dus naar de neus toe. Wanneer de ogen dit niet doen, komen de lichtstralen van het object in ieder oog op een andere plek van het netvlies terecht waardoor een dubbel beeld ontstaat. De hersenen proberen deze beelden samen te voegen, met als gevolg een wazig en onscherp beeld. Een goede samenwerking van de ogen is daarom van belang om scherp te kunnen zien. 17

19 Door convergentie is het ook mogelijk om afstanden te schatten. Het oog maakt gebruik van verschil in invalshoek. Hoe meer de ogen naar de neus toe gedraaid zijn, hoe kleiner de afstand waarop een voorwerp zich bevindt. Bij een korte afstand van een object draaien de ogen zich meer naar de neus toe. Om scherp te zien is het van belang dat de ogen allebei in dezelfde hoek meedraaien. (Yorku) Pupilvernauwing Door de pupillen kleiner te maken worden de buitenste lichtstralen geblokkeerd. De kringspier trekt hierbij samen, met het gevolg dat alleen de lichtstralen die in het midden van de lens vallen worden doorgelaten. Op deze manier valt een groter deel van het object op de gele vlek. Hier bevinden zich veel fotoreceptoren, waardoor een scherper beeld ontstaat. Scannen Kleine voorwerpen op korte afstand zijn goed scherp te zien. Door het oog snel heen en weer te bewegen, oftewel scannen, is het mogelijk om een groter gebied scherp te zien. De hersenen combineren de informatie vanuit de kleine gebiedjes, waardoor een groot scherp geheel ontstaat. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) 3.2 BIJZIEND EN VERZIEND Soms valt het beeld niet op de juiste plek van het netvlies. Hierdoor ontstaat er geen scherp beeld. Er is een extra lens nodig om de hoek van de lichtstralen aan te passen. Dit is mogelijk met bijvoorbeeld een bril of lenzen. Bijziend Bij een bijziend oog is de oogbol langer dan normaal. De lichtstralen komen al samen voordat ze het netvlies hebben bereikt, waardoor voorwerpen van veraf onscherp zijn. De lichtstralen moeten minder geconvergeerd worden. Met behulp van een bril of 18

20 lenzen met een holle lens worden de lichtstralen meer gedivergeerd, waardoor ze meer uit elkaar gaan en op de juiste plek op het netvlies terecht komen. Bijziende mensen zien voorwerpen van dichtbij wel scherp. Verziend Een verziend oog heeft een kortere oogbol dan normaal. De lichtstralen zijn nog niet samengekomen wanneer ze het netvlies bereiken. Door accommodatie van de lens kan het oog zich aanpassen, waardoor de lichtstralen wel in het goede punt samenkomen. Dit vergt echter een grote inspanning van de hersenen gedurende de dag door, dus een bolle bril biedt vaak de oplossing. Astigmatisme Bij astigmatisme is er sprake van een lichte afwijking in de vorm van het voorste oogoppervlak. De lens of het hoornvlies is ovaal in plaats van rond. De lichtstralen komen hierdoor samen op verschillende punten van het netvlies. Met een multifocale lens is deze afwijking goed te corrigeren. Verschillende afwijkingen van het oog. In volgorde van links naar rechts: normaal oog, bijziend, verziend, astigmatisme. (Lister Hill National Center for Biomedical Communications, 2017) 19

21 4. DE AFVOER VAN IMPULSEN Nadat lichtstralen het oog zijn binnengevallen, komen deze op het netvlies terecht. Op het netvlies wordt lichtenergie omgezet in neurale activiteit. De zenuwcellen van het oog, oftewel de fotoreceptoren worden hierbij actief. Via de impulsen die de fotoreceptoren afgeven, worden de lichtstralen via ganglioncellen van de oogzenuw naar de hersenen gebracht. 4.1 VAN NETVLIES NAAR FOTORECEPTOR De fotoreceptoren bevinden zich niet aan de buitenkant van het netvlies. Het licht moet eerst verschillende lagen van het netvlies passeren voordat het de fotoreceptoren bereikt. Het netvlies is opgebouwd uit verschillende lagen waar de lichtstralen allemaal doorheen moeten. De nummering begint bij de binnenste laag van het netvlies die lichtstralen als eerste passeren, en buitenste laag van het netvlies heeft het hoogte nummer. In onderstaande afbeelding zijn deze lagen aangegeven. (Bioplek.org, 1999) De opbouw van het netvlies (1): Binnenste membraan van het netvlies: Deze laag is doorzichtig waardoor de lichtstralen deze makkelijk kunnen passeren. (2): Ganglion cellaag: hier bevinden zich de ganglioncellen. Deze zenuwcellen komen bij elkaar in de oogzenuw en brengen de impulsen naar de hersenen. Het zijn daarom hele lange uitlopers van zenuwcellen, ze lopen vanuit de fotoreceptoren in het netvlies naar de hersencellen. (3) Binnenste nucleaire laag: deze laag bevat verschillende typen zenuwcellen, en bestaat uit twee verschillende lagen: (3.1) Binnenste plexiforme laag: hier bevinden zich bipolaire en amacriene zenuwcellen. Dit zijn ook zenuwcellen, maar dan met een andere functie dan de ganglioncellen. De bipolaire cellen verbinden fotoreceptoren met de ganglioncellen, en amacriene cellen zorgen voor dwarsverbindingen tussen zenuwcellen. Op de afbeelding hieronder zijn deze zenuwcellen ook afgebeeld. De amacriene cel is afgebeeld in het groen, en de bipolaire cellen bevinden zich in het blauwe vlak daar achter. Door deze dwarsverbindingen is elke fotoreceptor verbonden met meerdere zenuwcellen. (3.2) Buitenste plexiforme laag: Deze laag bestaat ook uit bipolaire cellen, maar in plaats van amacriene cellen bevat deze horizontale cellen. De horizontale cellen hebben dezelfde functie als de amacriene cellen; ze zorgen ook voor dwarsverbindingen. Het verschil zit in de plaats waar deze 20

22 zenuwcellen zich bevinden. Horizontale cellen bevinden zich tussen bipolaire cellen en de fotoreceptoren. In de afbeelding is ook een horizontale cel te vinden, deze is afgebeeld in het zwart. (4): Buitenste nucleaire laag: In deze laag bevinden zich de fotoreceptoren. (5): Laag met buitenste segmenten van fotoreceptoren: Hier bevinden zich de receptieve velden van de fotoreceptoren. Een receptief veld is een deel van de zenuwcel waarmee hij kan waarnemen. Bij een fotoreceptor is dit de plek waar licht moet zijn om deze te activeren. Hierdoor ontstaan impulsen. Lichtstralen moeten dus eerst door de lagen met zenuwcellen heen en de fotoreceptoren zelf passeren voordat deze geactiveerd worden. Uiteindelijk worden de meeste lichtstralen geabsorbeerd door de fotoreceptoren. (6): Pigmentlaag: Deze laag is opgebouwd uit pigmentcellen. Deze pigmentcellen absorberen lichtstralen die het hele netvlies gepasseerd hebben, dus door al deze lagen heen zijn gekomen. Het is namelijk niet de bedoeling dat het licht wordt gereflecteerd. De fotoreceptoren zouden dan twee keer geactiveerd worden door dezelfde lichtstraal waardoor het beeld wordt verstoord. (Awouters, 2016) De verschillende lagen van het netvlies (Awouters, 2016) 21

23 4.2 VAN FOTORECEPTOR NAAR OOGZENUW Fotoreceptoren zetten lichtstralen om in elektrisch signaal (ontstaan van elektrische impulsen zie hoofdstuk 5.2). Wanneer de fotoreceptoren zijn geactiveerd door lichtstralen geven ze impulsen af aan de zenuwcellen. Deze impulsen gaan via de fotoreceptoren naar de bipolaire cellen. Door horizontale cellen zitten de fotoreceptoren allemaal anders geschakeld op de bipolaire zenuwcellen. Afhankelijk van de hoeveelheid fotoreceptoren die geactiveerd zijn, kunnen deze bipolaire zenuwcellen aan of uit. Vervolgens geven de bipolaire zenuwcellen impulsen door die via amacriene cellen naar de axonen van de oogzenuw gaan. (Neurokids, 2009) Of een ganglioncel in de oogzenuw actief wordt is dus afhankelijk van de hoeveelheid impulsen die deze ontvangt. Dit wordt niet alleen beïnvloed door de hoeveelheid licht waardoor fotoreceptoren worden activeert, maar ook door de manier waarop deze fotoreceptoren geschakeld zitten op de ganglioncellen. Een receptief veld is een gebied fotoreceptoren dat is aangesloten op één ganglioncel. De grootte van een receptief veld is afhankelijk van de hoeveelheid amacriene, bipolaire en horizontale cellen. In de gele vlek zijn de receptieve velden het kleinst. Één fotoreceptor is daar geschakeld op één ganglioncel. Daarom kunnen in de gele vlek het beste details worden waargenomen en ontstaat daar het scherpste beeld. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Een ander woord voor zenuwcel is een neuron. Er bestaan verschillende soorten neuronen, namelijk dendrieten (sensorische neuronen) en axonen (motorische neuronen). Dendrieten voeren impulsen van andere neuronen of zintuigcellen aan richting het cellichaam, en een axon voert de impulsen van het cellichaam af. (InfoNu, 2008) Een impuls gaat via de dendrieten richting het cellichaam, en wordt vervolgens door de axonen van het cellichaam afgevoerd richting andere cellen. (Universe Review) 22

24 In het lichaam zijn verschillende soorten zenuwcellen, afhankelijk van hun functie. Er zijn ook zenuwcellen die uit zowel dendrieten en axonen bestaan, maar de ganglioncellen van oogzenuw bevatten alleen axonen. De impulsen worden namelijk van de zintuigcellen, de cellichamen, in het oog afgevoerd naar de hersenen en hiervoor zijn geen dendrieten nodig. De oogzenuw bevat ongeveer 1 tot 1,2 miljoen axonen. Hij is ongeveer 28 mm lang in de oogkas, en 8 tot 12 mm in de hersenen. (Oogartsen.nl; Oogfonds, 2016). De ganglioncellen van de oogzenuw ontvangen wel impulsen van dendrieten, namelijk van de dendrieten de horizontale en amacriene cellen. Dit zijn gecombineerde zenuwcellen omdat ze ook axonen bevatten die impulsen van de fotoreceptoren afvoeren. (Dijk F., 2004) 4.3 VAN OOGZENUW NAAR DE HERSENEN Via de oogzenuw komen impulsen in de hersenen terecht. De totale afstand die een impuls aflegt vanaf het netvlies tot de hersenen is ongeveer 40 mm. De impulsen moeten worden getransporteerd. (Awouters, 2016) Het verplaatsen van een impuls Het membraan van de axonen in de oogzenuw bestaat uit fosfolipiden, eiwitten en cholesterol. Aan de ene kant van het membraan is de concentratie ionen anders ten opzichte van de andere kant. Hierdoor staat er in rust een lading op het membraan van -0,70 mv. De lading wordt ook wel het membraanpotentiaal genoemd. Ionen die hieraan bijdragen zijn onder andere Na + en K +. Axonen worden geactiveerd doordat dendrieten van de fotoreceptoren elektrische impulsen afgeven. Hierdoor verplaatsen Na + ionen zich via een eiwitpoort naar buiten en stijgt de membraanpotentiaal. Dit wordt depolarisatie genoemd. Wanneer een bepaalde waarde; de drempelwaarde is bereikt, stroomt er via de eiwitpoort K + in het axon. Dit leidt tot repolarisatie: het membraanpotentiaal daalt. Hierna volgt hyperpolarisatie. In deze fase moet de eiwitpoort herstellen waardoor het neuron tijdelijk ongevoelig is voor nieuwe prikkels. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014), (Scholte & Marree, 1999) 23

25 Het membraan neemt gedurende het actiepotentiaal elke keer een andere lading aan. (Kapteyn, 2011) Een impuls is niets anders dan een depolarisatiegolf over het axon heen. De uitstroom van Na + ionen voor de depolarisatie veroorzaakt een tekort aan Na + ionen binnenin het axon. Dit wordt aangevuld met Na + ionen uit de omgeving. Hierdoor verandert het membraanpotentiaal op een andere plek in het neuron, waardoor de depolarisatie zich naar de volgende eiwitpoort verplaatst. Dit herhaalt zich en zo verplaatst de depolarisatie zich over het hele celmembraan. Er is een actiepotentiaal ontstaan. Een sterkte prikkel leidt tot meer actiepotentialen. Er worden meer impulsen doorgegeven aan de hersenen. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Opbouw oogzenuw In de blinde vlek verlaat de oogzenuw het oog. Via de optische zenuwbanen gaan de impulsen bijvoorbeeld naar de achterhoofdskwab in de visuele schors of naar de kleine hersenen. In de achterhoofdskwab worden prikkels verwerkt tot duidelijke beelden. De kleine hersenen combineren de informatie die uit de ogen komt met informatie van andere zintuigen, zoals de oren, spieren of de neus. Hierdoor is het mogelijk om gecoördineerd te bewegen. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Beelden van het rechterdeel van het gezichtsveld komen in beide ogen op het linkerdeel van het netvlies terecht, en andersom. Sommige gebieden van je gezichtsveld kun je met maar één oog waarnemen. Wanneer één oog wordt gesloten is een bepaald gebied niet meer te zien. Er is ook een gebied dat zowel met het ene oog als met het andere oog te zien is. Dit gebied staat bekend als het binoculair gezichtsveld. De informatie uit dit gebied komt in het 24

26 linkeroog op het linkerdeel, en bij het rechteroog op het rechterdeel van het netvlies terecht. (Bioplek.org, 1999) Elk oog beschikt over zijn eigen oogzenuw. Beide hersenhelften ontvangen informatie uit beide ogen. Dit is mogelijk door de kruising van de zenuwbanen. De plaats waar dit gebeurt wordt het chiasma opticum genoemd. De zenuwvezels worden hier gebundeld en verdeeld over twee hersenhelften. Het deel van de informatie dat op het linkerdeel van het netvlies is gevallen, gaat via de oogzenuw naar de rechterhersenhelft en andersom, waarna verwerking tot beeld plaats vindt. (Noordhoff Uitgevers bv, 2013) De informatie uit de ene kant van het gezichtsveld wordt in de hersenen aan de andere kant verwerkt. (Spirituele Regressie, 2016) 4.4 AAN HET EINDE VAN DE OOGZENUW IN DE HERSENEN De sensorische zenuw in de hersenen ontvangt impulsen van de oogzenuw. Wanneer het einde van een neuron is bereikt, kan het impuls niet meer verder door de oogzenuw. Het impuls moet worden doorgegeven aan de hersenen. Veel prikkels worden doorgegeven aan de visuele cortex in het achterste deel van de hersenen, waar zich sensorische zenuwcellen bevinden. Deze verwerken prikkels tot duidelijke beelden, en sturen deze informatie door naar andere gebieden in de hersenen. Synapsen Dit doorgeven van impulsen gebeurt door middel van een synaps. De synaps is de plaats waar neuronen met elkaar in contact komen en deze bevindt zich aan het einde van een neuron. Op deze plek bevinden zich Ca 2+ poorten en neurotransmitterblaasjes. Wanneer het actiepotentiaal deze Ca 2+ poorten bereikt heeft, stroomt Ca 2+ het presynaptische neuron, die de impulsen aanvoert (axon), in. Hierdoor komen de neurotransmitters uit de neurotransmitterblaasjes vrij. De neurotransmitter is te beschouwen als een overdrachtstof die de overdracht van impulsen tussen neuronen mogelijk maakt (Wikipedia, 2016). De neurotransmitter 25

27 bindt aan de natriumkaliumpoort op het postsynaptisch membraan van het andere neuron, die de impulsen aanvoert (dendriet). Vervolgens komt de neurotransmitter vrij in de synapsspleet: de ruimte tussen twee neuronen waar de impulsoverdracht plaats vindt. (Kapteyn, 2011), (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Een schematische weergave van de synapsspleet: de ruimte waar impulsen van het ene neuron naar het andere worden overgedragen. Verschillende neurotransmitters Welk effect optreedt is afhankelijk van het type neurotransmitter. Wanneer gekeken wordt naar het effect, zijn de neurotransmitters te verdelen in twee groepen: - Exciterende neurotransmitters: deze stimuleren actie in het andere neuron. De natriumkalium poorten gaan open, Na + stroomt naar binnen, K + stroomt naar buiten en er ontstaat een actiepotentiaal. Hierdoor ontstaat er in de dendriet een impuls richting de volgende zenuwcel. Dit is een exciterende postsynaptische potentiaal. - Inhiberende neurotransmitters: dit type neurotransmitter remt de actie in het andere neuron. Er ontstaat een inhiberende postsynaptische potentiaal. Hierbij openen de ionpoorten voor K +, waardoor deze de dendriet in stroomt. Er ontstaat hyperpolarisatie. Hierdoor wordt de dendriet ongevoelig gemaakt voor nieuwe impulsen en kan er geen actiepotentiaal ontstaan. Vervolgens breken enzymen de neurotransmitterstoffen in de synapsspleet weer af. De stoffen gaan terug naar het presynaptisch membraan zodat ze hergebruikt kunnen worden. Elk neuron maakt slechts één type neurotransmitter. Omdat alleen het uiteinde van de axon synaptische blaasjes met neurotransmitter bevat is er altijd eenrichtingsverkeer. De impulsen gaan slechts een kant op. 26

28 Neuronen zitten meestal geschakeld op andere, vaak meerdere neuronen. Denk bijvoorbeeld aan de horizontale, amacriene en bipolaire cellen die zorgen voor de dwarsverbindingen. Zo komt het regelmatig voor dat het postsynaptische membraan van een neuron zowel exiterende als inhiberende neurotransmitters ontvangt. Daarom wordt er gesproken over summatie. Het effect van de inhiberende en exciterende neurotransmitters binnen een bepaalde tijd worden bij elkaar opgeteld. Dit bepaalt of er uiteindelijk een actiepotentiaal ontstaat of niet. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014), (Scholte & Marree, 1999) 4.5 IN DE HERSENEN Het visuele systeem in de hersenen is enorm. Maarliefst 50% van je hersenen wordt in beslag genomen door het visuele systeem. Deze bestaat uit twee delen; de primaire en de secundaire visuele cortex. De primaire visuele cortex ontvangt de impulsen van de oogzenuw waarna bewustwording plaats vindt. De secundaire visuele cortex koppelt informatie aan het geheugen. Hierdoor is het mogelijk om objecten en gezichten te herkennen. (Awouters, 2016) Zenuwcellen in de hersenen vormen uitgebreide netwerken. Iedere zenuwcel is verbonden met duizenden andere. Er worden voortdurend nieuwe verbindingen tussen zenuwcellen gemaakt, en oude verbindingen worden verbroken. Door informatie te combineren wordt een beeld gevormd. Er wordt nog veel onderzoek gedaan op universiteiten over de exacte werking hiervan. Het is een erg complex proces doordat alle prikkels elkaar beïnvloeden, en prikkels uit verschillende gebieden komen allemaal bij elkaar in de hersenen, om daar te worden verwerkt. (Anoniem, GNK1 Hersenen en Aansturen Verplichte stof aanvullingen, ) 27

29 5. HET ZIEN VAN KLEUREN, LICHT EN CONTRAST In het oog zijn verschillende fotoreceptoren te onderscheiden, namelijk de staafjes en de kegeltjes. De kegeltjes zijn gevoelig voor kleur en de staafjes zijn gevoelig voor de hoeveelheid licht, oftewel de intensiteit. Overdag zijn voornamelijk de kegeltjes verantwoordelijk voor het zien en de staafjes dienen voor het zien in de nacht of in het donker. Mensen zonder staafjes zien overdag alles, maar zijn in het donker nachtblind. Wanneer iemand geen kegeltjes heeft, ziet hij alles in zwart- wittinten. Een menselijk oog bevat ongeveer 125 miljoen staafjes en 7 miljoen kegeltjes (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) 5.1 STAAFJES EN KEGELTJES: OVEREENKOMSTEN EN VERSCHILLEN Staafjes en kegeltjes hebben gedeeltelijk dezelfde opbouw. De volgende onderdelen zijn zowel bij staafjes als bij kegeltjes te vinden: (Bron: (Awouters, 2016)) Het verschil tussen kegeltjes en staafjes zit in het soort lichtgevoelig pigment. Bij de kegeltjes is dit lichtgevoelig pigment photopsine en de staafjes bevatten rhodopsine. Deze fotopigmenten gaan kapot onder invloed van licht, waardoor fotoreceptoren geen impulsen meer afgeven aan de ganglioncellen. Retinal en rod-opsin vormen 28

30 rhodopsine en retinal en cone-opsin vormen photopsine. (Anoniem, GNK1 Hersenen en Aansturen Verplichte stof aanvullingen, ) De staafjes bevatten een lang buitenste segment met fotopigment en de kegeltjes bevatten een kort buitenste segment. De kegeltjes bevatten dus relatief minder fotopigment. Hierdoor is de prikkeldrempelwaarde van de kegeltjes hoger dan die van de staafjes. (Awouters, 2016) Omdat er minder fotopigment aanwezig is in de kegeltjes hoeven ze ook minder fotopigment terug te vormen. Kegeltjes passen zich daarom sneller aan dan de staafjes en reageren sneller op een impuls. Zo worden er meerdere impulsen afgeven per tijdseenheid. De kegeltjes zijn in kleine groepen geschakeld, de staafjes in grote groepen. In de gele vlek bevinden zich alleen maar kegeltjes en geen staafjes. Één kegeltje zit hier geschakeld op één ganglioncel. Dit maakt het waarnemen van kleine details mogelijk. Hoe verder weg van de gele vlek, hoe minder kegeltjes. De meeste staafjes bevinden zich vlak naast de gele vlek. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Overzicht de verspreiding van de kegeltjes over het netvlies (Neurokids, 2009) 5.2 DE OMZETTING VAN LICHT NAAR EEN ELEKTRISCH IMPULS In tegenstelling tot de standaardcel met een rustpotentiaal van -70mV hebben fotoreceptoren een rustpotentiaal van -30mV door het constant openstaan van de natriumkalium poorten. Deze kanalen worden opengehouden door een stof met de naam cgmp. In de fotoreceptor is het enzym guanylylcyclase aanwezig. Deze produceert cgmp. Door licht wordt het cgmp gereduceerd waardoor de natriumkalium poort open blijft en een impuls kan ontstaan. Fotopigmenten bestaan beide uit een receptoreiwit: het opsine en een agonist retinal. De agonist retinal dient als een signaalstof die het receptoreiwit opsine activeert. Door opname van de fotonen uit lichtstralen verandert retinal van structuur en laat het los. Hierdoor wordt het opsine geactiveerd. Geactiveerd opsine zorgt voor een 29

31 cascade aan reacties waardoor cgmp wordt omgezet in inactief cgmp. De natriumkalium poorten hyperpolariseren en er kan geen Na + meer uitstromen. Bij lichtinval vindt er dus hyperpolarisatie plaats waardoor er in de staafjes en kegeltjes geen impuls ontstaat en ze geen neurotransmitter meer afgeven. Vervolgens wordt het retinal en opsine weer omgezet in rhodopsine of photopsine. (Awouters, 2016), (Anoniem, GNK1 Hersenen en Aansturen Verplichte stof aanvullingen, ) Verschillende kleuren De mens heeft het vermogen om duizenden verschillende kleuren te onderscheiden. Toch bevat het oog slechts drie soorten kegeltjes, namelijk kegeltjes gevoelig voor groen, rood of blauw licht. Ze hebben allemaal een eigen variant van het receptoreiwit cone-opsin. Elk opsine is gevoelig voor een andere lichtintensiteit. Het opsine van rood licht is gevoelig voor een golflengte van 560 nm, groen voor 530 nm en blauw voor 430 nm. Met deze drie kleuren kunnen alle kleuren gemaakt worden. Bij inval van rood licht hyperpolariseren de kegeltjes die gevoelig zijn voor rood licht en bij wit licht hyperpolariseren alle kegeltjes. Zo lijken voorwerpen die alle lichtstralen weerkaatsen wit en voorwerpen die rode lichtstralen weerkaatsen rood. (Awouters, 2016), (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Met drie typen licht kunnen alle kleuren worden gemaakt. Daarom is het mogelijk om met slechts drie typen kegeltjes, elk gevoelig voor een andere lichtintensiteit alle kleuren van de regenboog te onderscheiden (Noordhoff Uitgevers bv, 2013) Licht en donker Staafjes bevatten slechts één soort pigment, namelijk rod-opsin. In het donker hebben voorwerpen zwart-wit tinten in plaats van kleuren. Bij overgang van schemer naar donker moeten de ogen even wennen aan het donker voordat ze weer iets kunnen zien. Niet alleen de pupillen worden wijder om zoveel mogelijk licht binnen te laten, er moet ook een schakeling plaats vinden van de kegeltjes naar de staafjes. In het donker worden kegeltjes minder geprikkeld. Er ontstaat minder vaak een actiepotentiaal dus er stroomt minder Ca 2+ de fotoreceptor in. De Ca 2+ wordt nog wel 30

32 verbruikt voor cellulaire processen. Door daling van Ca 2+ wordt het enzym guanylylcyclase geremd. Hierdoor wordt er minder cgmp geproduceerd. Omdat er minder cgmp aanwezig is in de kegeltjes, staan er minder natriumpoorten open, met als gevolg dat de kegeltjes minder gevoelig zijn voor nieuwe impulsen. (Awouters, 2016) Contrasten Mysterieuze donkere vlekjes. (Anoniem, Raster van Hermann, 2010) Kijk eens naar bovenstaande afbeelding. Op de plaats waar de witte lijnen elkaar kruisen verschijnen er soms donkere vlekjes. Bij twee gebieden met veel intensiteitverschil wordt het contrast versterkt. Het contrast tussen witte lijnen die direct grenzen aan de zwarte vlakken worden in de afbeelding versterkt. De kruispunten grenzen niet direct aan een zwart vlak. Daarom lijken deze minder wit en zijn er donkere vlekjes te zien. (Erasmus Universiteit Rotterdam, 2015) Dit is te verklaren met de bipolaire cellen. Door horizontale cellen ontvangt een bipolaire cel synaptische input van verschillende fotoreceptoren. Dit aantal varieert van één fotoreceptor in het centrum van de gele vlek tot ongeveer duizend aan de rand van het netvlies. Een receptief veld van een bipolaire cel bestaat uit twee gebieden: het center en surround. In het center, dus het centrum van de bipolaire cel ontvangt deze ganglioncel directe input van fotoreceptoren, dus zonder schakelingen van horizontale cellen. In de surround, de omgeving van de bipolaire cel krijgt hij ook indirecte input via horizontale cellen van fotoreceptoren. 31

33 Via horizontale cellen ontvangt een bipolaire cel indirect impulsen van de fotoreceptoren uit de omgeving (What-when-how) De horizontale cellen remmen naastgelegen receptieve velden. Wanneer in het centrum geen licht (zwart) en in de surround wel veel licht (wit) valt, worden de horizontale cellen gestimuleerd. De naastgelegen receptieve velden die tussen de zwart-waarnemer en de wit-waarnemer zitten, worden geblokkeerd. Dit wordt laterale inhibitie genoemd. Door het uitschakelen van het verloop van de twee vlakken is het verschil duidelijker te zien. Het contrast wordt hierdoor verhoogd. (Awouters, 2016), (Nelissen, 1997), (Broeke, 2006) 32

34 6. HET KUNSTOOG: EEN OOG DAT NIETS ZIET Mensen die een oog zijn verloren als gevolg van kanker of een ongeluk kunnen een kunstoog krijgen. De kunstoog prothese wordt precies in de juiste kleur en vorm gemaakt. Hierdoor is nauwelijks meer op te merken dat de patiënt geen oog heeft. Het uiterlijk wordt dus sterk verbeterd door het dragen van een kunstoog, maar het kunstoog verandert niks aan het zicht van de patiënt. Met een kunstoog is de patiënt namelijk nog steeds blind. 6.1 VERSCHILLENDE OPERATIES. Er bestaan verschillende operaties waarbij het oog verwijderd wordt. Enucleatie De hele oogbol wordt losgemaakt van de oogspieren en de oogzenuw en wordt vervolgens verwijderd. De oogspieren blijven behouden. Een balletje van kunststof met een doorsnede van ongeveer 22 mm bedekt met donoroogwit wordt aan de rechte oogspieren vastgehecht. Hierdoor kan het kunstoog bewegen. Boven deze implantaat wordt een prothese geplaatst, met een iris in de gewenste oogkleur en een pupil. (Radboud Universitair Medisch Centrum, 2015) Zo zit een kunstoogprothese in de oogholte. Fig. linksonder: de prothese buiten de oogholte. (Oogziekenhuis OMC Amsterdam) Eviscerate Hierbij wordt de inhoud van het oog verwijderd, maar de harde oogrok en de oogspieren blijven intact. De inhoud van het oog, waaronder iris, lens, glasachtig lichaam en netvlies worden verwijderd. Door verwijdering van het glasachtig lichaam is er geen stevigheid meer in het oog, dus er wordt ook een bolletje (ongeveer 20mm) in de holte geplaatst. Er hoeft in dit geval geen donoroogwit te worden gebruikt omdat de harde oogrok behouden blijft. 33

35 Exenteratio Het hele oog en de oogkasinhoud wordt verwijderd, inclusief omliggende spieren en vetweefsel. De oogkas wordt bedekt met huid. De patiënt krijgt hierbij geen kunstoog. (Oogartsen.nl) 6.2 VERSCHILLENDE SOORTEN PROTHESES Er zijn twee typen protheses, namelijk van glas of van kunststof. Dit is geen balletje, maar een soort schaaltje dat op de implantaat (het bolletje) wordt gezet. Over het algemeen lijken de glazen protheses meer op een echt oog door de glans, maar de kunststofprothesen zijn minder zwaar dan een glazen prothese en ze zullen minder snel breken. De keuze voor het type prothese ligt meestal bij de patiënt zelf, alhoewel voor kinderen meestal een kunststof prothese wordt voorgeschreven om praktische redenen. (Het Oogziekenhuis Rotterdam, 2016) Het voor- en achteraanzicht van een glazen kunstoogprothese. Bron: (Wikipedia) Hieruit is te concluderen dat bij patiënten met een kunstoog de pupil en de lens waar licht doorheen valt op de fotoreceptoren, de fotoreceptoren zelf die fotonen uit licht omzetten in elektrische impulsen en de aansluiting van fotoreceptoren op de oogzenuw ontbreken. De axonen van oogzenuw zijn nog wel intact, dus voor de impulsoverdracht naar de hersenen hoeft geen oplossing te worden gezocht. Er is dus behoefte aan een hulpmiddel dat ervoor zorgt dat de axonen van de oogzenuw op de juiste manier worden gestimuleerd. 34

36 FASE II: INSPIRATIE 7. HET COCHLEAIR IMPLANTAAT Met een cochleair implantaat is het voor doven weer mogelijk om geluiden waar te nemen. Het cochlear implantaat bestaat uit een apparaatje dat om het oog gedragen wordt, en een implantaat onder de huid. Hij vervangt hiermee de functie van de zintuigcellen in het oor. 7.1 DE WERKING VAN HET OOR Om de werking van het cochleair implantaat te kunnen begrijpen is voorkennis nodig over de werking van het oor. De figuur op de volgende bladzijde geeft een overzicht van de onderdelen binnen het oor. Het gehoorzintuig Geluidstrillingen komen het oor binnen via de gehoorgang en brengen vervolgens het trommelvlies in beweging. Door de trilling van het trommelvlies worden de gehoorbeentjes, waaronder hamer, aambeeld en stijgbeugel ook in beweging gebracht. Deze brengen het ovale venster: een membraan in de wand van het slakkenhuis in beweging. De vloeistof perilymfe in de voorhofttrap en de trommelholtetrap van het slakkenhuis worden hierdoor ook in beweging gebracht. Op deze manier kunnen de trillingen zich verplaatsen. Tussen deze twee gangen ligt de slakkenhuisgang. De trommelholtetrap en de slakkenhuisgang worden van elkaar gescheiden door het basiliar membraan. Door de beweging van de perilymfe in de trommelholtetrap gaat het basiliar membraan meetrillen. Hierdoor wordt de vloeistof in de slakkenhuisgang in beweging gebracht. Deze bevat endolymfe met K + ionen, die bij trilling zorgen voor depolarisatie van de zintuigcellen. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014), (Dekker, 2016) Verschillende toonhoogtes Omdat het basilair membraan, wat ligt tussen de voorhofttrap en trommelholtetrap, verschilt in dikte, bepaalt de frequentie op welke plek in het slakkenhuis deze gaat meetrillen. De frequentie geeft de toonhoogte aan, en is afhankelijk van het aantal geluidstrillingen per seconde. Hoe dieper in het slakkenhuis, hoe dunner het membraan. Bij lage tonen met een lage frequentie bevatten minder energie, en brengen het relatief dunne membraan verder in het slakkenhuis in beweging. Hoge tonen zorgen ervoor dat het dikkere 35

37 membraan aan de buitenkant van het slakkenhuis gaat meetrillen. Op dit membraan liggen de receptorcellen: de haarcellen genaamd. Door de trillingen buigen de zintuigharen van de receptorcellen tegen het dakmembraan, openen K + poorten van de zintuigcellen en activeren zo de sensorische zenuwcellen. De hersenen vertalen de impulsen die ze van de gehoorzenuw ontvangen. (Anoniem, H7: Cellen om te zien, horen, ruiken en proeven), (Noordhoff Uitgevers bv, 2014), (Nelissen, 1997) Hoe hard geluid te horen is wordt bepaald door de amplitude. Bij hard geluid met een grote amplitude vindt een hardere trilling plaats waardoor de zintuigcellen meer impulsen gaan afgeven. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Het oor bestaat uit verschillende onderdelen. Geluidstrillingen brengen de zintuigharen in het slakkenhuis in beweging, waardoor impulsen via de gehoorzenuw naar de hersenen worden gestuurd. Bron: (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) 7.2 DE WERKING VAN HET COCHLEAIR IMPLANTAAT Een cochleair implantaat neemt de functie van het slakkenhuis gedeeltelijk over. Geluidsgolven worden omgezet in elektrisch signaal. De functie van haarcellen wordt overgenomen door zestien tot 22 elektrodes die de CI afzonderlijk kan activeren. De beleving van geluid is niet te vergelijken met hoe een goedhorende hoort: een gezond oor kan namelijk duizenden toonhoogtes waarnemen. Het aantal elektroden van de CI bepaalt het aantal toonhoogtes waargenomen kan worden, dit bedraagt dus niet meer dan 22. Toch kan belangrijke informatie wel worden overgedragen aan de gehoorzenuw. Wanneer de gehoorzenuwen en de 36

38 daarachterliggende zenuwbanen niet meer werken, kan de CI echter geen oplossing bieden. (KNO, 2016), (Veerman, 2001), (Renckers, 2009) Zo ziet een cochleair implantaat eruit. (Washington Otology) De onderdelen van het CI Een cochleair implantaat bestaat uit twee delen: apparaatje om het oor en een implantaat. Het apparaatje functioneert als spraakprocessor, en dient zelf bevestigd of verwijderd te worden. Deze vangt geluidsgolven op met behulp van een microfoon. De geluidsgolven worden bewerkt en omgezet in een digitale code van nullen en éénen. Dit signaal gaat door een draadje richting de zendspoel. Deze zit met een magneet vast aan het implantaat: de ontvanger. De zendspoel stuurt deze digitale code in de vorm van radiogolven in de vorm van FM-signalen naar het geïmplanteerde deel (Elektromagnetische straling 9.3). Bij ontvangst van de radiogolven wordt de digitale code omgezet in elektrische impulsen. (Hoorzaken), (OPCI, 2016) De werking Aan het implantaat zitten elektroden die lopen tot binnenin het slakkenhuis. In de trommelholtetrap van het slakkenhuis worden de elektroden aangebracht op de gehoorvezels. Op de elektronenbundel bevinden zich metalen strips, oftewel de elektroden. Deze zijn van elkaar gescheiden door sterk elektrisch geïsoleerd materiaal. Elke metalen strip zit aangesloten op een bepaald groepje zenuwvezels. Doordat bepaalde elektroden een elektrisch veld produceren, worden bepaalde axonen geactiveerd. Ze sturen impulsen door naar de hersenen die deze impulsen vervolgens verwerken. Om ervoor te zorgen dat de stroomkring gesloten is, wordt er gebruik gemaakt van een return elektrode die van de elektrodebundel terug naar het implantaat loopt. (Renckers, 2009), (Hoorzaken) 37

39 De elektrodebundel wordt in de trommelholtetrap geplaatst. (Washington Otology) De spraakprocessor bepaalt welke elektroden in het slakkenhuis worden gestimuleerd. Daarbij worden de elektroden die zich aan het begin van het slakkenhuis bevinden alleen door hoge frequenties geactiveerd, en de elektroden aan het eind alleen door lage frequenties. Hoe groter de amplitude, hoe sterker het elektrische veld. Hierdoor gaan de zenuwcellen meer impulsen afgeven. De frequentie bepaalt in welke elektrode een elektrisch veld wordt opgewekt, de amplitude bepaalt de sterkte van dit elektrisch veld. Bron: (Lamoré, 2013) 7.3 DE CODERING VAN HET GELUID In de spraakprocessor wordt het elektrische signaal van de microfoon met behulp van verschillende filters gesorteerd op frequenties, en vervolgens verdeeld in groepjes impulsen. Zo wordt de hoeveelheid impulsen bepaald die elke elektrode moet ontvangen. Dit wordt gedaan voor elke elektrode. De processor kan een beperkt aantal impulsen per tijdseenheid geven en heeft daarom een maximale impulsfrequentie. Om voor hoge frequenties te coderen moet de impulsfrequentie heel hoog zijn. Daarom kunnen hele hoge tonen niet zo goed worden doorgegeven. Er bestaan verschillende methoden om de juiste elektroden te activeren. Hieronder worden vijf veelgebruikte methoden besproken: 38

40 Spectral Peak (SPEAK) Het geluid wordt opgesplitst in twintig verschillende frequenties. Dit is net zo veel als het aantal beschikbare elektroden voor deze methode. Een geluidsgolf van een letter kan er zo uitzien. Bron: (Anoniem, 2015) Elke letter heeft een aantal pieken. De hoge pieken bevatten de meeste energie. De frequentie die daarbij hoort bevat de meeste energie. De frequentie is het aantal golfjes per tijdseenheid. De rode balkjes geven aan op welke plekken in het diagram de geluidsgolf de meeste energie bevat. Door het aantal slingers van deze golf op dit bijhorende deel te tellen, en dat te delen door de bijhorende tijd kan de frequentie bepaald worden. Vervolgens wordt gekeken welke van de twintig frequenties hier het dichtst bij ligt. De elektrode die bij deze frequentie hoort, wordt gestimuleerd om een elektrisch veld op te wekken. (KNO, 2016) Omdat alle klinkers en medeklinkers herkend kunnen worden aan de hand van frequentiepieken, is het mogelijk om door andere verschillende elektroden in bepaalde combinaties te stimuleren. Op deze manier kan elke letter herkend worden en kan de dove spraak verstaan. Voor iedere klank zijn er zo bepaalde groepjes elektroden die tegelijkertijd worden gestimuleerd. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Bij de SPEAK methode wordt elke vier milliseconden een nieuwe meting gedaan. Dat komt neer op 250 metingen per seconde! Hoe meer metingen, hoe beter de kwaliteit van het geluid. Dit zorgt wel voor een afname in de batterijduur van het hoortoestel. De geluidsgolven met de frequenties van de zwarte balkjes bevatten de meeste energie. De elektroden die hierbij horen worden gestimuleerd. (Lamoré, 2013) 39

41 Een elektrodogram geeft weer in welke mate en welke elektroden worden gestimuleerd. Op de horizontale as staat de tijd, op de verticale as het nummer van het betreffende elektrode. Hiernaast is een elektrodogram weergegeven van het woord Choice bij de SPEAK methode. Bij rood worden er weinig impulsen afgegeven per tijdseenheid, bij de gele delen worden veel impulsen opgewekt waardoor de gehoorzenuw op die plek meer wordt gestimuleerd. (Lamoré, 2013) Continuous Interleaved Sampling (CIS) Bij de CIS methode wordt het spraaksignaal verdeeld over vier tot twaalf frequenties die verbonden zijn met de elektroden. Er worden ongeveer duizend impulsen per seconde opgewekt. Een verschil ten opzichte van SPEAK is naast het aantal impulsen, ook de voorwaarde waaraan de frequentie moet voldoen voordat de elektroden worden geactiveerd. Bij SPEAK worden de elektroden geactiveerd wanneer de frequentie een bepaalde amplitude overschrijdt, maar bij CIS wordt dit bepaald door het verloop van de amplitude van aanzet tot wegsterven van de geluidsgolf. Wanneer een amplitude groter is bij een bepaalde frequentie, zullen deze elektroden als eerst worden geactiveerd. Bij de CIS methode zijn dit maximaal zes elektroden per meting. Vlak daarop worden de elektroden van de op een na grootste amplitude worden geactiveerd, enzovoort. De impulsen van elektroden worden dus niet tegelijk aangeboden maar na elkaar. Hierdoor is er geen verstoring van de elektrische velden. Een elektrodogram van de methode CIS. De impulsen worden met een grotere frequentie gegeven waardoor geen streepjescode zichtbaar is. Dat de elektroden los worden gestimuleerd is niet te zien in het elektrodogram. Bron: (Lamoré, 2013) 40

42 Advanced Combined Encoder (ACE) Net als bij SPEAK worden geluidsgolven geanalyseerd op minimale amplitude. In tegenstelling tot de SPEAK methode worden bij ACE maximaal twaalf frequentiepieken geselecteerd in plaats van zes. Ook worden er meer impulsen gegeven per seconde. Waar bij SPEAK 180 tot 300 impulsen per seconde ontstaan, verlaten bij ACE ongeveer 900 tot 1200 impulsen per seconde de elektroden. ACE is een verbeterde versie van SPEAK. Fig. links: bij ACE worden in vergelijking met CIS meer elektroden afzonderlijk gestimuleerd (22 in plaats van zes). Ook worden er meer impulsen per tijdseenheid gegeven. Fig. rechts: Ter vergelijking; dit is het aantal en de mate waarop zintuigcellen wat bij een normaal mens worden gestimuleerd bij het woord Choice. De frequentie op de verticale as loopt tot 8000 Hz. Hiervoor zijn zintuigcellen nodig. Bron: (Lamoré, 2013) Simultaneous Analog Stimulation (SAS) Bij SAS wordt de geluidsgolf op vaste tijdsintervallen gemeten (samplen), en vervolgens verdeeld over zeven filters. De output van alle filters wordt tegelijk op alle elektroden overgebracht. Door verschil in energie tussen deze filters wordt bepaald welke elektroden elektrische impulsen gaan afgeven, en de mate waarin dit gebeurt. De impulsfrequentie is ongeveer duizend per seconde (per filter per elektrode). Wanneer alle zeven kanalen tegelijk de maximale hoeveelheid impulsen afgeven aan de elektroden is de impulsfrequentie ongeveer, afhankelijk van de hoeveelheid gebruikte elektroden, samples per seconde. Hierdoor wordt het informatieverlies beperkt. 41

43 In de figuur links is weergegeven hoe de geluidsgolf binnenkomt in de microfoon. In de opvolgende afbeeldingen is weergegeven hoe deze wordt verdeeld over vier filters en wordt omgezet in digitaal signaal. Bron: (Loizou, 1998) Paired Pulsatile Sampler (PPS) Deze methode lijkt op CIS, maar de elektronen die ver genoeg uit elkaar liggen, worden wel tegelijk gestimuleerd. Hierdoor kan de impulsfrequentie twee maal zo hoog worden zonder dat het elektrisch veld wordt verstoord. High Resolution (HiRes 120) Dit is een vernieuwde versie van PPS en CIS. Elke elektrode wordt door zijn eigen voedingsbron gestimuleerd. Hierdoor kunnen de elektroden sneller worden ingeschakeld of uitgeschakeld. De impulsfrequentie neemt hierdoor toe zonder dat de batterijduur hieronder leidt. (Lamoré, 2013), (Arora, 2012), (Loizou, 1998) 7.4 AANSTURING VAN DE ELEKTRODEN De elektroden bevinden zich in de trommelholtetrap en zijn omgeven door de goed elektrisch geleidende vloeistof perilymfe. Hierdoor kan het elektrisch veld om de elektroden zich makkelijk verplaatsen en kunnen de impulsen goed worden doorgegeven. Dit is niet handig omdat slechts een klein deel van de zenuwcellen de impulsen moet ontvangen, anders zou het immers niet mogelijk zijn om de juiste frequentie te horen. Er is een kans aanwezig dat er een groter gebied zenuwcellen dan gewenst actief wordt, maar ook dat deze doelgroep zenuwcellen meer impulsen af gaat geven door stimulatie van de naastgelegen elektroden. Gelukkig bestaan er verschillende oplossingen voor dit probleem: De elektroden korter stimuleren: Door meer korte impulsen te geven in plaats van weinig lange impulsen wordt voorkomen dat er een te groot gebied zenuwcellen actief wordt. Elektroden die dicht bij elkaar liggen worden niet tegelijk, maar vlak na elkaar gestimuleerd. Hierdoor worden de zenuwcellen niet te veel gestimuleerd en geven ze niet teveel impulsen af. 42

44 De juiste manier van koppelen van elektroden: Er bestaan verschillende systemen om elektroden met elkaar te verbinden. Hieronder worden drie verschillende manieren besproken: Drie methoden om elektroden te stimuleren. Bron: (Snow, Wackym, & Ballenger, 2009) Monopolair Hierbij worden alle elektroden apart gestimuleerd. De impulsfrequentie is hierbij laag omdat twee elektroden dichtbij elkaar niet tegelijk kunnen worden gestimuleerd. Hierdoor is deze methode het minst nauwkeurig is de kwaliteit van het geluid het slechtst. Bipolair Bij bipolaire stimulatie van de elektroden wordt een elektrisch veld opgewekt door steeds spanning te zetten op een andere elektrode. Door elke keer te wisselen van + en pool tussen twee elektroden wordt een elektrisch veld opgewekt. In alle elektroden die ertussen liggen wordt ook een elektrisch veld opgewekt. De elektrode met het laagste nummer die wordt gestimuleerd, wordt als uitgangspunt genomen. De naastgelegen elektrode krijgt de aanduiding BP. De elektrode daarnaast BP+1, de daarop volgende BP+2 enzovoort. De twee elektroden die het potentiaalverschil opwekken en de tussenliggende elektroden worden gestimuleerd en activeren de zintuigcellen. Common ground Bij deze methode zijn alle elektroden met elkaar verbonden. Er wordt één elektrode tegelijkertijd als actief beschouwd die impulsen afgeeft. Vanuit deze elektrode worden andere elektroden gestimuleerd om ook impulsen af te geven. (Arora, 2012), (Lamoré, 2013), (Snow, Wackym, & Ballenger, 2009) 43

45 8. HET BIONISCH OOG Bij de oogaandoening retinitis pigmentosa sterven de fotoreceptoren in het oog langzaam af. Eerst vervalt de werking van de staafjes waardoor de patiënt last krijgt van kokerzicht en nachtblindheid. Op latere leeftijd kunnen ook de kegeltjes aangetast worden met een verminderde gezichtsscherpte als gevolg. Tegenwoordig kan een bionisch oog de uitkomst bieden. Hiermee kunnen patiënten na de degeneratie van de fotoreceptoren toch nog wat zien. Het meest gebruikte bionisch oog is Argus II. Bij ongeveer 180 patiënten is dit bionisch oog met succes geïmplanteerd. (Sylmar, 2016). De werking van het bionisch oog wordt uitgelegd aan de hand van de werking van Argus II. 8.1 DE WERKING VAN HET BIONISCH OOG De onderdelen Om de werking van de beschadigde fotoreceptoren over te nemen is het bionisch oog ontwikkeld. Het bionisch oog bestaat uit verschillende onderdelen: een implantaat met bijhorende uitwendige accessoires. De uitwendige hardware zijn een bril met daarin een camera en een kastje, die aan elkaar worden gekoppeld door middel van een draad. Dit kastje wordt de videoprocessor of beeldprocessor (VPU) genoemd. Het implantaat wordt om de oogbol heen aangebracht. Deze bestaat uit een elektrodeplaat, een antenne, en een Electronics case : een apparaatje dat de elektroden stimuleert. Het elektrodeplaatje bevat 6 x 10 elektroden. Wanneer een elektrode een impuls afgeeft, ziet de patiënt een stipje, oftewel een pixel. In totaal levert de elektrodeplaat dus 60 pixels. (Second Sight, 2016), Fig. links: weergave van het geïmplanteerde deel van het bionisch oog, fig. rechts: de bril met de camera en de beeldprocessor. Bron: (Second Sight, 2016) 44

46 De werking De camera in de bril doet virtuele waarnemingen in zwart-wit. De beelden worden via de draad verstuurd naar de videoprocessor. Hier wordt het beeld vereenvoudigd tot 12x20 pixels die variëren van lichte tot donkere intensiteit. Dit is twee maal zo veel als de resolutie van de elektrodeplaat. Ze gaan door speciale filters en worden verwerkt tot een digitaal signaal in de vorm van FM-golven. Deze coderen voor elektrische impulsen. Via de kabel gaat dit signaal terug naar de bril, maar deze keer naar de antenne. Vanaf daar worden ze draadloos van de spoel in bril naar de antenne in implantaat verstuurd. Vanaf de antenne gaan de signalen naar de Electronics case. Deze stuurt impulsen naar de elektrodeplaat, waardoor elektrische velden worden opgewekt. Door de return elektrode wordt de stroomkring gesloten. De zenuwcellen in het oog worden geactiveerd en sturen impulsen naar de hersenen. (Hamzelou, 2015), (Second Sight, 2016), (Groenendijk, 2013), (VPRO, NPO, 2012). De werking van het bionisch oog. Bron: (Groenendijk, 2013) 45

47 8.2 HET INWENDIGE IMPLANTAAT De onderdelen van het implantaat. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) Het implantaat van het bionisch oog bestaat uit verschillende onderdelen: Implant coil Dit is een spoel van een metalen draad omgeven door een siliconenlaagje. Deze spoel ontvangt FM-signalen van de uitwendige spoel in de bril. De spoel is bevestigd aan de buitenste laag van het hoornvlies aan de kans waar de neus niet zit. Bij het linkeroog is dit aan de linkerkant, bij het rechteroog aan de rechterkant. Deze inwendige spoel ontvangt ook draadloos energie van de external spoel in de bril. Deze energie is afkomstig van de batterij in de VPU. (Gregori, Olmos de Koo, Hahn, & Davis, 2015) Elekronics case De Electronics case is verbonden met de spoel. Binnen de ronde geïsoleerde beschermlaag van de Elektronics case bevinden zich elektronische componenten die de elektroden op de juiste manier stimuleren. Elektrode array Deze elektrodeplaat wordt geïmplanteerd in het oog vlak achter het netvlies, in de buurt van de gele vlek. Het elektrodeplaatje is opgebouwd uit een polymeren kabel met een draad geleiders. Op de plaats waar deze geleiders uitkomen, bevinden zich 60 platium elektroden die door silicone van elkaar worden gescheiden. Deze 60 elektroden zijn op het binnenste membraan van het netvlies aangebracht zoals in onderstaande afbeelding te zien is. De kabel waarmee de Elektronics case en de Elektrode array met elkaar zijn verbonden gaat dus dwars door de wand van de oogbol heen, en passeert dus het hoornvlies en het netvlies. 46

48 Het elektrodeplaatje op het binnenste membraan van het netvlies. Bron: (Second Sight, 2016) De Scleral Band De Scleral Band houdt de applicatie op zijn plaats. De band zelf verschuift niet omdat die is vastgemaakt aan de oogbol met Retinal Tacks: een speciaal soort spijker die het netvlies doorboort. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013), (Humayun, 2013) 8.3 VAN VIDEOBEELD NAAR ELEKTRISCHE IMPULSEN Elk oog reageert anders op een bepaald aantal impulsen, omdat bij elke patiënt andere fotoreceptoren kapot zijn. Daarom moeten voor iedere patiënt de elektroden op een andere manier worden gestimuleerd. Dit gebeurt via een Application Specific Integrated Course (ASIC). De ontvangen data wordt omgezet in de gewenste output: het juiste aantal impulsen voor elke elektrode. De ASIC wordt voor iedere patiënt anders geprogrammeerd. Dit programmeren gaat via CFS: Clinician Fitting System. Dit is een speciale software die op een computer of laptop kan worden geïnstalleerd. Hierdoor wordt de juiste hoeveelheid impulsen gegenereerd, maar er wordt ook gekeken naar de draaiinghoek waarin de elektrode geplaatst is. De VPU neemt zo voor iedere patiënt andere instellingen aan. Met het bionisch oog zijn in totaal tien verschillende intensiteiten te onderscheiden. Er worden maximaal veertig impulsen per seconde naar de elektroden gestuurd. Hoe sterkere en hoe meer impulsen per seconde, hoe lichter de betreffende pixel. Wanneer de elektroden minder sterke impulsen per seconde afgeven aan een gebiedje fotoreceptoren, zal dat gebied als donker worden waargenomen. Het beeld wordt opgenomen in zwart- wit door een camera met een resolutie van 12x20=240 pixels. Vervolgens gaat het in de VPU door drie filters. 47

49 Op deze afbeelding is ingezoomd op een scheiding tussen gras (links) en tegels (rechts). Dit beeld komt overeen met de manier waarop mensen met goed functionerende ogen waarnemen. Het gele vierkant wordt opgenomen door de camera van het bionisch oog. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) Filter 1 In filter 1 wordt het beeld van 240 pixels verdeeld over 60 elektroden, elk met hun eigen intensiteit. De intensiteit van een elektrode wordt dus bepaald door 2x2=4 pixels van het totaalbeeld. Er zijn in totaal 32 verschillende intensiteitniveaus, dus elke pixel krijgt een nummer van het corresponderende intensiteitniveau, variërend van 0 tot en met 31. De output van filter 1 (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) Om ervoor te zorgen dat elke elektrode de juiste waarde van intensiteit aanneemt worden de 240 pixels verdeeld over 60 elektroden. De intensiteit van de pixels uit de omgeving bepaalt de intensiteit van de betreffende pixel. (Snavely) De omliggende pixels worden samengevoegd tot één geheel met behulp van een speciale functie. (Snavely) 48

50 Filter 2 Nadat ieder elektron op deze manier een waarde van intensiteit heeft gekregen, wordt het contrast tussen deze filters versterkt om het beeld te verduidelijken. Hierbij wordt de volgende code uitgevoerd: If ( intensiteit 16) { intensiteit === 31 } Else { intensiteit === 0 } De output van filter 2. Merk op dat het intensiteitniveau van alle elektroden aan de linkerkant gelijk is aan het minimum, namelijk 0, en aan de rechtkant maximaal: 31. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) Filter 3 In filter 3 wordt niet meer de nadruk gelegd op het contrastverschil, maar vooral op de scheiding tussen de beide contrasten. De randen worden versterkt, dus de elektroden die zich op de overgang van licht naar donker bevinden worden ingeschakeld. De output van filter 3. Het contrast van de randen wordt versterkt. Het intensiteitniveau van deze afbeelding is laag, maar met CFS kan dit worden aangepast. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) 49

51 Er bestaan twee verschillende instellingen voor de filters. Er is namelijk een Regular mode en een Inverse mode. Bij de Inverse mode worden kleuren omgedraaid. Lichte delen worden weergegeven als donker, en donkere delen worden weergegeven als licht. Inverse mode kan handig zijn op een erg zonnige dag, maar bijvoorbeeld ook wanneer er een tekst gelezen moet worden. Hierdoor is het makkelijker om te focussen op donkere objecten, waardoor het object beter herkend kan worden. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) Het verschil tussen Regular mode en Inverse mode. Op sommige momenten kan Inverse mode handiger zijn. (Bronnen: fig. links: (Second Sight Medical Products, Inc., 2013), fig. rechts: (Orcutt, 2015)) Aan de hand van het nummer van elke elektrode wordt de juiste hoeveelheid impulsen bepaald. Deze hoeveelheid wordt voor elke elektrode ingesteld door een specialist tijdens het maken van een CFS. Het beeld wat ontstaat is van totaal andere kwaliteit dan de meeste mensen gewend zijn. Toch kan het implantaat voor blinden het verschil maken tussen zien of niet zien. Voor hun kan dit een enorme vooruitgang zijn. 50

52 Boven: normaal zicht in zwart-wit, onder: het zicht met een bionisch oog. Bron: (Mairembam, 2014) Een klein elektrodeplaatje is makkelijker om te implanteren, maar een grotere elektrodeplaat leidt tot een groter zichtveld. Door zoveel mogelijk elektroden op één plaatje te plaatsen ontstaat een scherper beeld. Er geldt immers hoe minder ganglioncellen zitten aangesloten op één elektrode, des te beter de kwaliteit van het beeld. (Lorach et al., 2014) 8.4 AANSTURING VAN ELEKTRODEN Elektroden kunnen tegelijkertijd of apart worden gestimuleerd. De gelijktijdige stimulatie wordt Quad timing genoemd en wanneer elke elektrode apart wordt gestimuleerd heet dat Non-Quad timing. Vrijwel altijd worden de elektroden gelijktijdig gestimuleerd. Dit komt omdat het beeld nauwkeuriger is en de drempelwaarde van de bipolaire cellen zo eerder wordt bereikt. (Perez Fornos, 2012), (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) 51

53 Een voorbeeld van Quad Timing en Non-Quad Timing met vier elektroden. De amplitude geeft de sterkte van de impulsen weer, en is heeft een hogere waarde bij een lichter gebied. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013) De impulssterkte (amplitude) wordt gemeten in μc/cm 2, oftewel millicoulomb per oppervlakte. De maximale stimulanswaarde wordt meestal ingesteld op 1 μc/cm 2. Er worden 20 beeldjes per seconde gegenereerd. Er zijn dus 1/20 = 0,05 seconden beschikbaar om één beeldje te vormen. Dit komt neer op 50 ms per beeldje. Ook moet er worden ingesteld hoe lang één impuls duurt. Dit bedraagt meestal 0.46 ms. Omdat de tijd om één beeldje te vormen gelijk is aan 50 ms seconden, is er genoeg tijd om een elektrode meerdere keren te stimuleren. Hierdoor wordt het beeld helderder. (Second Sight Medical Products, Inc., 2013), (Stronks & Dagnelie, 2013) Door meer en sterkere impulsen te genereren wordt het beeld niet alleen helderder, ook wordt het zichtveld groter. Dit komt omdat er bij meer impulsen ook meer zenuwcellen buiten het betreffende gebied worden gestimuleerd, bijvoorbeeld de bipolaire en amacriene cellen. Omdat er zenuwimpulsen worden afgegeven aan een groter gebied wordt er een groter zichtveld gecreëerd. Meer impulsen genereren levert zelfs een groter zichtveld op in vergelijking met het oppervlak van de elektrodeplaat te vergroten. (Humayun, 2013) 52

54 8.5 VERSCHILLENDE TYPEN ELEKTRODEPLATEN, BINNENIN DE OOGBOL De elektrodeplaat kan op verschillende plekken in de oogbol worden geplaatst. Hieronder worden verschillende soorten elektrodeplaten besproken die binnen de oogbol worden geplaatst. Hiervoor moeten de ganglioncellen in het netvlies nog wel intact zijn. Het elektrodeplaatje kan op drie verschillende plaatsen in de oogbol worden geplaatst. (Koen, 2014) Epiretinal implantaat Het Epiretinal implantaat wordt aan de binnenkant van het netvlies geplaatst. Het bionisch oog Argus II zoals hierboven is besproken, maakt gebruik van een Epiretinal implantaat. Deze stimuleert direct de ganglioncellen van de oogzenuw en kan daarom ook functioneren wanneer de bipolaire, amacriene en horizontale cellen niet meer intact zijn. Een nadeel is echter dat een deel van de zenuwcellen niet wordt benut, waardoor het beeld meer moet worden bewerkt door de VPU. (Lorach et al., 2014), (Zrenner, 2010) Subretinal implantaat: Het Subretinal implantaat wordt geplaatst tussen de pigmentlaag en het binnenste membraan van het netvlies. Deze elektrodeplaat neemt de functie over van de fotoreceptoren. Hij stimuleert de bipolaire, horizontale en amacriene cellen van het netvlies. Doordat de elektroden precies zoals de fotoreceptoren functioneren, waar overigens veel over bekend is, levert dit implantaat een beeld van betere kwaliteit. Alle zenuwcellen moeten hiervoor nog wel intact zijn. Zowel het Epiretinal als het 53

55 Subretinal implantaat zijn lastig te implanteren waardoor de grootte van de elektrodeplaat beperkt blijft. Omdat de elektroden van het Subretinal implantaat aan de binnenkant van het netvlies zitten, valt er direct licht op via de lens. Door nieuwe technieken is het daarom niet altijd nodig om een camera en een VPU te gebruiken. Een speciale lichtgevoelige chip gemaakt van speciale materialen zet lichtgolven om in elektrische impulsen. De elektrodedichtheid wordt hierdoor erg klein, waardoor een scherp beeld wordt geleverd als gevolg. (Zrenner, 2010), (Lorach et al., 2014) De ligging van het epiretinal implantaat ten opzichte van het subretinal implantaat. In deze afbeelding worden de elektroden van het subretinal implantaat niet gestimuleerd door elektrische impulsen, maar door de lichtstralen zelf. Het licht valt direct op de elektroden. Bij het epiretinal implantaat liggen de elektroden aan de andere kant van de bipolaire zenuwcellen. (Urban, 2007) Suprachoroidal implantaat: Het Suprachoroidal implantaat wordt geplaatst tussen het vaatvlies en het hoornvlies. Het is makkelijker om in hier een implantaat te zetten omdat deze laag zich meer aan de buitenkant van de oogbol bevindt. De laag fotoreceptoren hoeft niet doorboord te worden. Ook is deze locatie vrij stabiel: de elektrodeplaat zal niet snel verschuiven. Net als het Subretinal implantaat, stimuleert het Suprachoroidal implantaat de bipolaire, horizontale en amacriene cellen van het netvlies. Dit type implantaat bevindt zich relatief ver weg van de zenuwcellen. Er moet daarom nog onderzocht worden hoe de zenuwcellen moeten worden gestimuleerd om met deze elektrode een scherp beeld te krijgen. (Lorach et al., 2014), (Nader, 2002) 54

56 Samenvatting voor- en nadelen elektroden in het oog Methode Voordelen Nadelen Epiretinal Subretinal Suprachoroidal Geen werkende bipolaire, amacriene of horizontale cellen nodig Minder bewerking van beeld nodig Nauwkeurige stimulans zenuwcellen, dus beste beeldkwaliteit Niet altijd een camera nodig Makkelijk te implanteren, dus groter implantaat/ groot zichtveld Stabiele plek in het netvlies Beeld moet meer worden bewerkt, dus meer onderzoek/ slechtere beeldkwaliteit Lastig om te implanteren, dus kleiner implantaat/ klein zichtveld Lastig om te implanteren, dus kleiner implantaat/ klein zichtveld Alle zenuwcellen moeten intact zijn Alle zenuwcellen moeten intact zijn Er is nog onderzoek nodig op het gebied van de stimulatie van de zenuwcellen 8.6 VERSCHILLENDE TYPEN ELEKTRODEPLATEN, BUITEN DE OOGBOL Er kunnen ook elektroden worden geplaatst in de oogzenuw. De oogzenuw is in diameter ongeveer 1 tot 2 mm om de informatie zo compact mogelijk naar de hersenen te kunnen sturen. Hierin bevinden zich 1,2 miljoen axonen. Wanneer een klein gebied axonen wordt gestimuleerd, wordt een groot gedeelte van het visuele veld geactiveerd. Om gebieden van elkaar te onderscheiden is er dus erg een nauwkeurige stimulans nodig. Wel is er een groter oppervlak ter beschikking, waardoor het zichtveld makkelijker is uit te breiden. (Maghami M.H., 2014) Het principe van elektroden buiten de oogbol werkt hetzelfde als het bionisch oog Argus II, waarbij de elektroden zich binnenin de oogbol bevinden. Het beeld wordt opgenomen door een camera, en gaat vervolgens naar een videoprocessor. Nadat het beeld van de videoprocessor naar de spoel is gebracht, verloopt het proces echter net iets anders. Het implantaat dat de elektroden stimuleert bevindt zich op een andere plek, namelijk aan de zijkant van het hoofd in plaats van om de oogbol heen. Via een draadje worden de impulsen doorgegeven aan de elektroden bij de oogzenuw. Door de oogzenuw te stimuleren met behulp van elektroden met een lage lading kan de resolutie nog hoger worden gemaakt. (Cohen) 55

57 Via de camera gaat het beeld naar de VPU, maar in plaats van dat de impulsen naar de oogbol worden gebracht gaan ze naar de spoel aan de achterkant van het hoofd. Hier bevindt zich een implantaat die de elektroden bij de oogzenuw stimuleert. Bron fig. links: (Urban, 2007), fig. rechts: (Nishida, 2016) Er bestaan verschillende manieren om de oogzenuw te stimuleren. Hieronder worden een aantal manieren besproken. Cuff elektrode Zoals het engelse woord Cuff al kenmerkt; de Cuff elektrode is een band die om de oogzenuw is heen gewikkeld. De Cuff Elektrode omhult de oogzenuw (Maghami M.H., 2014) Er bestaan twee typen Cuff elektroden: een metalen elektrodeplaat en een elektrode met glasvezelkabels. Beide Cuff elektroden worden hieronder besproken. Metalen Cuff electrode - Microsystems-Based Visual Prosthesis for Optic Nerve (MiViP) Dit type elektrode is relatief lang geleden ontwikkeld in België. In 1998 werd deze voor het eerst geïmplanteerd om de menselijke oogzenuw. De MiViP is gemaakt van silicone met vier platium elektrodeplaten van elk 0,2 mm 2, die loodrecht op elkaar staan. Aan de zijkant van het hoofd is een impulsgenerator geplaatst die deze elektroden stimuleert. (Delbeke, Oozeer, & Veraart, 2003). 56

58 De elektrode is bij drie patiënten geïmplanteerd, en leverde positieve resultaten. Door de MiViP elektrode met verschillende sterktes te stimuleren werden beelden, bestaande uit ongeveer 2 tot 60 stipjes, gegenereerd. Er zijn vier verschillende ladingen om de elektrode mee te stimuleren, namelijk 0, 50, 100 en 150 μc/cm 2, en er zijn zes verschillende impulslengtes die de helderheid bepalen. Er worden maximaal twee elektroden tegelijk gestimuleerd. (Veraart, 1998) Na een training was de patiënt in staat om simpele objecten en letters, zoals U en L te herkennen. De elektrode heeft de oogzenuw niet beschadigd. (Delbeke, Oozeer, & Veraart, 2003), (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016), (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016) De binnenste axonen van de oogzenuw zijn voor de MiViP elektrode onbereikbaar. Alleen de axonen aan het oppervlak van de oogzenuw werden gestimuleerd. Hierdoor is het zichtveld van de MiViP beperkt. (Humayun, Weiland, Chader, & Greenbaum, 2007), (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016) Het MiViP concept in schematische weergave. (Wallace, Moulton, Kapsa, & Higgins, 2012) Glasvezel elektrode Dit type elektrode is heel speciaal. De zenuwcellen worden namelijk niet gestimuleerd door elektrische impulsen, maar door infrarood laserstralen: een compleet nieuwe techniek. De polymeren band is ook als een Cuff elektrode om de oogzenuw heen gewikkeld en bevat glasvezelkabels. Glasvezelkabels verzenden informatie door middel van lichtpulsjes. Deze glasvezelkabels zijn aan een kant verbonden met de impulsgenerator, en aan de andere kant met de axonen van de oogzenuw. Op deze 57

59 glasvezelkabels zit een speciaal type microsensoren met een diameter van slechts een paar honderd micrometer. Hierdoor passen er wel honderden microsensoren op één glasvezelkabel. Een signaal bestaande uit infraroodstralen wordt doorgegeven aan de microsensoren. Deze stimuleren vervolgens de oogzenuw. (Drummond, 2011) De elektrode bestaat uit glasvezelkabels met een polymeren omhulsel (Drummond, 2011) Het voordeel van de glasvezelkabels is dat ze tonnen signalen kunnen afvoeren in een hele korte tijd. Ze kunnen veel sneller en meer signalen doorgeven dan systemen gebaseerd op elektroden. Ook worden ze minder snel afgestoten door het lichaam, met als gevolg een geringere kans op infecties. (Cobb, 2010) Deze techniek is eigenlijk ontwikkeld om te gebruiken in handprotheses. Wanneer de handprothese in aanraking komt met een warm voorwerp, worden er infrarood impulsen gegenereerd. Die worden doorgegeven aan sensorische zenuwcellen (axonen) en gaan richting de hersenen. De hersenen verwerken deze informatie, en er wordt besloten wat de volgende actie is, bijvoorbeeld een voorwerp vastpakken of optillen. Impulsen worden via de motorische zenuwcellen (dendrieten) gestuurd naar de robotarm. Hierdoor vindt specifieke beweging plaats in de microsensoren. Er vindt infrarood lichtcirculatie plaats in de robotarm en bepaalde spieren worden gestimuleerd. (Drummond, 2011) Er wordt momenteel onderzoek gedaan hoe deze techniek kan worden toegepast in de oogzenuw. Wanneer het lukt om het beeld om te zetten in een code waardoor het de juiste glasvezelkabels gestimuleerd worden, zou dit type Cuff elektrode ook gebruikt kunnen worden in het oog. Het beeld moet hierbij worden omgezet in infraroodstralen die de oogzenuw op de juiste plek stimuleren. In plaats van kleine microsensoren wordt er gebruik gemaakt van een camera die de waarnemingen doet, of van microchips die worden geactiveerd bij fotonen met een bepaalde golflengte. 58

60 Artifical Vision by Direct Optic Nerve Elektrode (AV-DONE): Dit type elektrode is geen Cuff elektrode, maar een elektrode die via het binnenste membraan van het netvlies op de oogzenuw wordt geplaatst. Hij zit namelijk niet om de oogzenuw heen. Net als de MiViP worden elektrische impulsen gebruikt om de axonen van de oogzenuw te stimuleren. Deze bevat zeven stimulerende elektroden en één returnelektrode die zorgt voor de gesloten stroomkring. De elektroden zijn draden met een doorsnede van 0,05 mm, die bestaan uit een combinatie van de metalen platium en iridium (Kunjukunju, Sakaguchi, Kamei, & Quiroz-Mercado, 2016). Deze elektroden zijn aangebracht op een siliconen schotel van 2,0 mm. De AV-DONE wordt geplaatst in de optic disk, precies op de plek waar de oogzenuw het oog verlaat. De axonen aan de binnenkant van de oogzenuw worden zo ook gestimuleerd. (Sakaguchi, 2010), (Nishida, 2016), De zeven elektroden van de AV-DONE elektrode wordt direct op de oogzenuw geplaatst. De dikkere zwarte draad is de return elektrode. (Nishida, 2016) De zeven elektroden kunnen een vrij groot zichtveld creëren. Doordat er impulsen van verschillende stroomsterktes kunnen worden opgewekt, is het mogelijk om slechts één axon of meerdere axonen tegelijk te stimuleren. Hierdoor ontstaat een beeld met verschillende intensiteiten. (Nishida K., 2016), (Sakaguchi, 2010) Voor een test is deze elektrode bij één proefpersoon aangebracht voor een periode van 25 maanden. De elektrode bleef stabiel en heeft geen schade geleverd aan de oogzenuw, maar de patiënten waren niet in staat om uit de lichtpuntjes duidelijke vormen te herkennen. (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016), (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016) 59

61 Cortical implants Het is ook mogelijk om elektroden in de visuele cortex van de hersenen aan te brengen. Deze elektroden heten dan Cortical Implants. Het Orion en Dobelle implantaat zijn hiervan een voorbeeld. Wanneer de ganglioncellen van de oogzenuw niet meer werken kan een Cortical Implant de uitkomst bieden. Het Cortical Implant is bij zestien patiënten geïmplanteerd. De zenuwstructuur in de hersenen zit erg complex in elkaar. Hierdoor waren de patiënten niet in staat om patronen te herkennen in de lichtstipjes. (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016) Daarnaast is de operatie ook een extra risico. Naast het langdurige herstelproces is het ook een extra risico om in de hersenen te opereren. De elektroden moeten diep in de visuele cortex worden geplaatst, en worden daarom permanent geïmplanteerd. Dit kan mogelijk de werking van de normale cortex aantasten. (Lewis, Ackland, Lowery, & Rosenfeld, 2015), (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016) Optic nerve elektrode vs cortical implant. De optic nerve electrode (links) zit om de oogzenuw. Een cortical implant (rechts) zit in de hersenen (Brandli, Luu, Guymer, & Ayton, 2016) Samenvatting voor- en nadelen elektroden buiten het oog Elektrode Voordelen Nadelen MiViP Glasvezel elektrode AV-DONE Coritcal Implants Succesvolle resultaten bij proefpersonen Veel impulsen tegelijk, dus erg scherp beeld Binnenste axonen worden niet buitengesloten Ganglioncellen hoeven niet meer te werken Klein zichtveld doordat alleen buitenste axonen worden gestimuleerd Getest bij slechts drie proefpersonen Nog geen toepassing beschikbaar voor de oogzenuw Proefpersoon was niet in staat om vormen te herkennen Getest bij één proefpersoon Hersenoperatie vormt een extra risico Proefpersonen waren niet in staat om patronen te herkennen. 60

62 FASE III: INNOVATIE 9. DE ONDERDELEN VAN HET KUNSTOOG Het ontwerp van het kunstoog werkt volgens hetzelfde principe als het bionisch oog, maar er worden zoveel mogelijk onderdelen ingebouwd in het kunstoog. Hieronder is een blokschema gemaakt van het principe van het bionisch oog De VPU is te groot om in het kunstoog te plaatsen, deze bevat een te grote hardware. Daarom wordt deze vastgemaakt aan de kleding van de gebruiker. Alle andere onderdelen kunnen wel worden ingebouwd in het kunstoog. Ook de camera, in tegenstelling tot het bionisch oog Argus II (zie hoofdstuk 8). Hierdoor ontstaat er een extra huidbarrière: de signalen moeten draadloos worden verzonden van de camera naar de VPU, en weer terug. In het blokschema hierboven is deze weergegeven met de oranje lijn. Kortom, de onderdelen van het kunstoog zijn de camera, impulsgenerator, elektroden en benodigdheden. en daarnaast is er ook een VPU nodig die gedragen wordt als losse component. Dit levert de volgende schets op: 61

63 Een schets van het kunstoog met bijhorende onderdelen 9.1 DE ELEKTRODEPLAAT De elektrodeplaat dient om de zenuwcellen te stimuleren. Omdat de hele oogbol wordt verwijderd zijn er geen fotoreceptoren meer aanwezig in het netvlies. Hierdoor kunnen het epiretinal, subretinal, en suprachoroidal implantaat geen uitkomst bieden om objectherkenning te realiseren voor patiënten met een kunstoog. De elektroden in de hersenen kunnen wel worden toegepast in het kunstoog. Dit brengt wel een extra risico met zich mee: een operatie in de hersenen kan blijvende schade toebrengen aan andere organen. Ook het herstel na deze operatie kan lang duren. De objectherkenning was ook niet optimaal, dus dit geeft de doorslag om de cortical implants niet te gebruiken. Optic nerve elektrode Er zal daarom een optic nerve elektrode worden gebruikt in het kunstoog. De resultaten van de optic nerve elektroden waren in vergelijking met de elektroden in het netvlies minder goed op het gebied van beeldherkenning. Wanneer een patiënt in de eerste instantie helemaal niet in staat was om iets met zijn ogen waar te nemen, zal dit beperkte zicht toch een enorme vooruitgang zijn. Bij de glasvezel elektrode is nog geen toepassing beschikbaar voor de oogzenuw, daarom valt deze optie af. Wellicht kan de glasvezel elektrode een oplossing bieden 62

64 in de toekomst, maar met de huidige technologie is dit nog niet haalbaar. Daarom wordt deze buiten beschouwing gehouden. De MiViP en de AV-DONE elektroden zouden allebei wel de uitkomst kunnen bieden om patiënten met een kunstoog weer ziende te maken. Links: MiViP elektrode, rechts: AV-DONE elektrode. (NIDEK CO., LTD. Eye & Healthcare) Omdat de patiënten van de MiViP elektrode het best in staat waren om objecten te herkennen, en de MiViP elektrode bij meerdere patiënten geïmplanteerd is, zal de MiViP elektrode gebruikt worden in het ontwerp van het kunstoog. 9.2 DE CAMERA In het kunstoog wordt een kleine camera ingebouwd. Bij de MiViP elektrode hoort een camera met een resolutie van 128 x 128 = pixels (Amerijckx, 1998). Er zal in het ontwerp ook een camera worden gebruikt met een resolutie van minimaal 128 x 128 pixels. Verschillende typen camera s Er bestaan verschillende typen kleine camera s die geschikt zijn om in het kunstoog te plaatsen. Op de volgende bladzijde is een overzicht van enkele typen camera s te vinden. 63

65 Type camera Resolutie (pixels) Afmetingen LxBxH (mm) vs lichtgevoelige deel (mm 2 ) Vermogen (U x I) Afbeelding LinkSprite JPEG Color Camera 160 x 120 = px 45.6 x 30 x mm 2 3,3V * 80mA = 264 mw CMOS Camera 728 x 488 = px 32 x 32 x? mm 2 6V * 50mA = 300 mw Usmile 2pcs camera 1120 x 696 = px 12.5 x 12.5 x mm 2 7,5V * 70mA = 525 mw Mini CCTV Camera 656 x 492 = px 16 x 16 x mm 2 3,3V * 70mA = 231 mw Naneye Camera (kleinste camera ter wereld) 250 x 250 = px 1.0 x 1.0 x 1.8 -? 2,1 V x 2mA = 4,2 mw Bronnen afbeeldingen + specificaties: LinkSprite en CMOS: (Sparkfun), Usmile: (DroneRacingAmerica), Mini CCTV Camera: (ECVV), Naneye Camera: (Awaiba, 2015), afbeelding: (Prophet, 2015). De meest geschikte camera Elke camera, behalve de LinkSprite JPEG Color Camera heeft een resolutie van meer dan 128 x 128 pixels. Qua resolutie zijn dus bijna alle camera s geschikt om beeld op te nemen en dat te sturen naar de VPU. De gemiddelde diameter van de pupil is 4 mm (Alzein, 2014). De camera wordt hierachter geplaatst. Het lichtgevoelige deel van alle camera s is kleiner dan 4 mm, dus wat dat betreft zijn ze allemaal geschikt. Het geïmplanteerde bolletje van het kunstoog heeft een diameter van 22 mm (Oogziekenhuis OMC Amsterdam). Alleen de Mini CCTV Camera, de Usmile Camera en de NanEye camera zouden in het kunstoog passen. 64

66 Wat opvallen is dat hoe hoger de resolutie, des te meer stroom de camera verbruikt. In principe is er een camera nodig met een resolutie van slechts pixels. Deze zal dus nog minder energie verbruiken dan alle bovengenoemde camera s. De NanEye camera heeft duidelijk het laagste stroomverbruik, de kleinste omvang en het aantal pixels komt het dichtst in de buurt van 128 x 128. Deze camera is een recente ontwikkeling binnen de camera-industrie, en is op dit moment de kleinste camera ter wereld (Prophet, 2015). Daarom zal de NanEye camera worden gebruikt in het ontwerp. 9.3 VAN KUNSTOOG NAAR VPU, EN WEER TERUG In het bionisch oog gaat het beeld via een draad van de camera naar de VPU. In de VPU wordt het beeld omgezet in digitaal signaal in de vorm van radiogolven. De zendspoel buiten het oog stuurt deze radiogolven naar de spoel met ontvanger binnenin het oog. Daar wordt het FM signaal omgezet in elektrische impulsen die worden doorgegeven aan de oogzenuw. De camera is in het kunstoog ingebouwd en kan daarom niet met een draadje worden verbonden. De informatie moet daarom op een andere manier worden verstuurd, zonder kabel of draad. Het verzenden van informatie met elektromagnetische golven Informatie wordt draadloos verzonden via elektromagnetische golven. Deze ontstaan wanneer elektrische energie door een stukje metaal wordt geleid, bijvoorbeeld door een draad, spoel of antenne. Het apparaat dat de elektromagnetische golven opwekt en verzendt is de transmitter, en de ontvanger wordt de receiver genoemd. Een transceiver kan zowel signalen versturen als ontvangen. Informatie kan digitaal of analoog worden verzonden. In de analoge vorm blijft alle informatie behouden. De signaalgolf kan elke gewenste waarde aannemen. Bij de digitale vorm kan de golf niet elke gewenste waarde aannemen; er gaat informatie verloren. Er zijn twee manieren informatie te bewerken tot elektromagnetische golven, namelijk AM of FM golven. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014), (Commotion) AM staat voor Amplitude Modulation. In dit type golf is de informatie vertaald in elektromagnetische golven die verschillen in amplitude. De delen van de radiogolf verschillen in de hoeveelheid energie die ze bevatten. De afkorting FM staat voor Frequency Modulation. Door variatie in de frequentie van de golf kan het signaal verschillende waarden aannemen. (Commotion) 65

67 Rood: onbewerkte golf, blauw: elektromagnetisch golfsignaal, groen: AM golf, roze: FM golf. Bron: (MRI Questions) Informatie kan ook digitaal worden verzonden. Een digitale golf kan niet elke gewenste waarde aannemen. De informatie bestaat uit nullen en éénen en wordt verzonden in de vorm van vierkante golven. Hierdoor kan informatie met dezelfde hoeveelheid energie over een langere afstand worden verzonden. Een voorbeeld van een digitaal signaal. (TechnologyUK) Verschillende methodes Er bestaan verschillende methodes om informatie draadloos te verzenden. Elke methode maakt gebruik van elektromagnetische golven met een verschil in golflengte, frequentie, afstand en snelheid waarmee de data wordt verzonden. Alleen de zogenoemde short-range wireless communication methodes worden besproken. De signalen leggen hierbij een afstand af van enkele centimeters tot een paar meter. Het is ook mogelijk om signalen duizenden kilometers ver weg te sturen, maar in het bionisch oog is dat niet nodig. De afstand van VPU tot kunstoog bedraagt ongeveer een meter, dus dat zou leiden tot onnodige energieverspilling. 66

68 Informatie kan worden verzonden met elektromagnetische straling van verschillende golflengtes. Bron: (HowStuffWorks, 2001) Bluetooth Bluetooth is een manier van draadloze communicatie die data omzet in radiogolven met een hoge snelheid. Bluetooth wordt veel gebruikt om kleine apparaten met elkaar te verbinden, bijvoorbeeld een mobiele telefoon met een speaker. De transmitter en receiver kunnen maximaal 10 meter van elkaar zijn verwijderd. De frequentie van de radiogolven is Hz. Voor een radiogolf is deze frequentie relatief hoog. De golflengte is dus erg klein. Bluetooth verzendt data met een snelheid van 2 Mbps, dat betekent 2 megabits per seconde. Dit komt neer op bytes per seconde. Één transmitter is de hoofdzender, en die kan data sturen naar meerdere verbonden receivers. Door middel van kleine microchips worden de signalen verstuurd. Bluetooth verschilt qua werking niet veel van Wifi. Waar Wifi wordt gebruikt als vervanging van kabels voor netwerken, is Bluetooth een vervanging voor kabels tussen apparaten. Wifi behoort tot de long-range wireless communication: het is bedoeld voor communicatie over grotere afstanden. Daarom wordt Wifi hier niet verder besproken. (Zandbergen) Infraroodstaling Informatie die met infraroodstraling wordt verzonden heeft een golflengte die ligt tussen de golflengte van microgolven en zichtbaar licht. Infraroodstraling heeft een frequentie van ongeveer 3, tot 4, Hz. De snelheid kan variëren van 1,15 Kbps, wat niet heel veel is, tot de waanzinnig hoge snelheid van 1Gbps. Voor veel apparaten met afstandsbediening wordt IR-straling gebruikt, maar bijvoorbeeld ook 67

69 in beveiligingssystemen. De transmitter gebruikt een LED lampje om de infraroodsignalen te versturen. (Mary, 2010),(Zandbergen) Het maximale afstandsverschil is voor IR-straling 10 meter. Daarnaast is er nog een voorwaarde: er mag zich geen obstakel tussen de transmitter en de receiver bevinden. Dit komt omdat de golflengte van infraroodstraling heel dichtbij de golflengte van zichtbaar licht ligt. Veel voorwerpen zijn in staat om deze golflengte gedeeltelijk te absorberen waardoor het IR-signaal wordt verstoord. (Mary, 2010), (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Zigbee Zigbee is een vorm van draadloze communicatie waar weinig energie voor nodig is. Zigbee heeft net zoals Bluetooth elektromagnetische golven met een frequentie van Hz. Het verschil tussen Zigbee en Bluetooth zit in de snelheid. Zigbee verzendt data met een snelheid van 250 Kbps, dus bytes per seconde. Hierdoor vergt Zigbee niet alleen minder energie, het is ook nog eens vele malen goedkoper dan Bluetooth. Wanneer er een groot bestand verzonden wordt, zou dit wel langer duren. Een Zigbee receiver kan signalen ontvangen van meerdere transmitters. Voor Zigbee is in principe geen user input nodig om de signalen door te geven. Daarom is deze techniek minder bekend dan Bluetooth, maar toch wordt het gebruikt in veel apparaten, bijvoorbeeld spelcomputers, huishoudelijke apparaten of sensoren in het verkeer. Hierbij hoeft slechts een kleine hoeveelheid data worden overgedragen. (Zandbergen), (Dementyev, Hodges, Taylor, & Smith, 2013) Ultra Wideband (UWB) UWB is een draadloze communicatietechnologie die gebruik maakt van extreem brede radiogolven om de informatie te verzenden. Deze ultrabrede radiogolven met een frequentie van 5, Hz kunnen zelfs door betonnen muren heen. De snelheid waarmee de data wordt verzonden is ook waanzinnig hoog, en kan oplopen tot 480 Mbps. Dit vergt echter wel veel energie, en daarom ook een grote batterij. Deze techniek wordt toegepast in grote apparaten, zoals highspeed camera s, tablets en laptops. (Frenzel, 2012), (Zandbergen), Near Field Communication (NFC) Om gebruik te maken van NFC moeten de transmitter en receiver zich heel dicht bij elkaar in de buurt bevinden; niet dan enkele centimeters van elkaar verwijderd. Omdat de gegevens slechts over een korte afstand worden verstuurd kunnen ze niet worden opgevangen door hackers. Hierdoor is deze techniek erg veilig om toe te passen in pasjes, en betalingssystemen. Contactloos betalen en de OV- chipcard zijn 68

70 hier een voorbeeld van. De frequentie van de elektromagnetische golven is 1, Hz en deze worden verzonden met een lage snelheid van maximaal 424 Kbps. (Frenzel, 2012), (Zandbergen), (Seyal, 2011). Samenvatting voor- en nadelen soorten short-range wireless communication Hieronder is een tabel weergegeven met alle short-range wireless communication methodes, de frequentie, snelheid, voor- en nadelen. De voor- en nadelen zijn ten opzichte van Bluetooth. Methode Frequentie (Hz) Snelheid (bps) Bluetooth , Infrarood 3, , Voordelen Nadelen 1, Werkt alleen wanneer er 1, geen obstakel tussen de transmitter en receiver zit Zigbee , Kleine energiebehoefte, dus kleine batterij UWB 5, , Hoge snelheid Kan betonnen muren passeren NFC 1, , Veilige informatieoverdracht Lage datatransfersnelheid Hoge energiebehoefte, dus grote batterij Kleine afstand tussen transmitter en receiver Lage snelheid De meest geschikte methode voor het kunstoog In het kunstoog moeten de signalen de huidbarrière passeren. Deze moeten van de camera in het kunstoog naar de VPU, en vervolgens weer terug naar de impulsgenerator in het kunstoog. De elektromagnetische infraroodstraling wordt verstoord wanneer deze de huidbarrière passeert. Er mag immers geen obstakel tussen de transmitter en receiver zitten. Hierdoor kan IR-straling niet worden gebruikt in voor signaaloverdracht van kunstoog naar VPU. Een lage frequentie heeft over het algemeen een groter bereik dan een hoge frequentie wanneer de energievoorziening hetzelfde blijft. (Frenzel, 2012). De afstand van de VPU naar het kunstoog is ongeveer een meter als de VPU aan de broek wordt vastgemaakt. De NFC techniek kan signalen versturen over een afstand van slechts enkele centimeters en is om deze reden niet geschikt. Een zwart/wit afbeelding van 128 x 128 pixels met alleen zwarte en witte vlakjes bevat 2048 bytes = bits. (Berekend met (File Size Calculator)). Een afbeelding die geconvergeerd wordt zoals in de Argus II, met 32 (2 5 ) verschillende zwart-wit 69

71 intensiteiten bevat x 5 = bits. Er ontstaat een vloeiend beeld bij minimaal 24 beeldjes per seconde (Noordhoff Uitgevers bv, 2014). Dat betekent dat bij 24 beeldjes per seconde, x 24 = bits per seconde worden verstuurd met elektromagnetische straling, dus ongeveer 1, bits per seconde. Niet iedere methode van elektromagnetische straling verstuurd data met een snelheid van meer dan 1, bps. Zigbee en NFC zijn allebei te traag om deze hoeveelheid data te versturen. Hoe groter de datatransfersnelheid, hoe hoger de energiebehoefte. Dit betekent een grote batterij in het kunstoog, of een kleine batterij die snel leeg gaat en vaak verwisseld moet worden. Dat is allebei niet handig in het kunstoog. De batterij moet minimaal een dag meegaan zodat deze s nachts opgeladen kan worden. Aangezien de ruimte in het kunstoog beperkt is, kan een grotere batterij dit probleem niet verhelpen. Een hogere snelheid leidt ook tot een verhoogde vatbaarheid voor storingen (Frenzel, 2012). Daarom is het verstandig om voor een zo laag mogelijke datatransfersnelheid te kiezen. UWB heeft in vergelijking met de andere methodes de hoogste datatransfersnelheid, en valt om deze reden af. Alleen Bluetooth blijft over. De datatransfersnelheid van Bluetooth is precies geschikt om de videobeelden te verzenden. Dit is namelijk 2, bps, en er moeten ongeveer 1, bits per seconde worden verstuurd. Daarom zal in het kunstoog met Bluetooth worden gewerkt. De kleinste Bluetooth transceiver ter wereld: 3.5 mm x 3.5 mm x 1.0 mm. (TDK Global, 2015) 9.4 ENERGIEVOORZIENING De energievoorziening van de camera en de transmitter Een mens heeft minimaal 8 uur slaap per dag nodig (Noordhoff Uitgevers bv, 2014). Dat betekent dat het bionisch oog 24-8 = 16 uur lang moet kunnen functioneren. Zo kan het bionisch oog s nachts worden opgeladen. De camera De batterij in de NanEye camera heeft een spanning van 2,1V, en een stroomsterkte van 2 ma. Voor het vermogen geldt P = U I = 2,1V 2mA = 4,2mW. De batterij moet minimaal 16 uur lang meegaan, zodat deze s nachts kan worden opgeladen. Er 70

72 is een batterij nodig met een energie van E = P t = 4,2 16 = 67,2 mwh om de camera te laten werken. Voor de energie in mah geldt 67,2/ 3,0V = 22,4 mah. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) Energie transmitter Er worden bits per seconde verstuurd met Bluetooth. De kleinste Bluetooth transceiver ter wereld (3.5 x 3.5 x 1.0 mm) gebruikt een batterij van 3,0 V en heeft een stroomsterkte van 5,0 ma in transmitting mode (TDK Global, 2015). Voor het vermogen geldt P = U I = 3,0V 5,0mA = 15 mw. E = P t. In 16 uur tijd is de benodigde energie gelijk aan: 15mW 16h = 240 mwh. Er is dus 240 mwh nodig om het videobeeld 16 uur lang te verzenden van de camera naar VPU. De energie in mah is gelijk aan 240 mwh / 3,0 V = 80mAh. De schakeling De camera en transmitter worden aan één batterij aangesloten omdat de ruimte in het kunstoog beperkt is. Hieronder is nog een overzicht van de specificaties van de camera en de transmitter te vinden. NanEye camera Spanning 2,1 V 3,0 V Transmitter Stroomsterkte 2,0 ma 5,0 ma Vermogen 4,2 mw 15 mw Energie (16 uur) 67,2 mwh 22,4 mah 240 mwh 80 mah De camera en de transmitter hebben allebei een andere spanning en stroomsterkte. Omdat de stroomsterkte verschilt, worden de camera en transmitter parallel geschakeld. Hierbij loopt er stroom door twee aparte stroomkringen, waardoor een verschillende stroomsterkte geen probleem is. (Borsboom, 2011) De spanning die de bron levert en de spanning die de applicatie nodig heeft moeten overeen komen. Bron: (Chaffin, 2011). 71

73 Het schakelschema van de camera en transmitter in parallelle schakeling De camera werkt met een spanning van 2,1V, en de transmitter heeft een spanning van 3,0V nodig. De camera en de transmitter worden parallel geschakeld, dus het aantal volt moet in beide stroomkringen gelijk zijn (Borsboom, 2011). Om het aantal volt in de stroomkring van de camera gelijk te krijgen aan 3,0 V zal een weerstand moeten worden gebruikt. De camera en de weerstand worden in serie geschakeld. In een serie schakeling is de stroomsterkte gelijk (Borsboom, 2011). De stroomsterkte van de weerstand is daarom gelijk aan de stroomsterkte in de camera en dat is 2,0 ma. Voor de stroomsterkte in een serieschakeling geldt Utot = U1 + U2 + U3 (Borsboom, 2011). De totale spanning van alle stroomverbruikers moet worden opgeteld. De totaal geleverde spanning is gelijk aan de spanning van de bron, in dit geval 3V. Daarom geldt: Utot = Ucamera + Uweerstand. Dus 3,0V = 2,1V + Uweerstand Uweerstand = 3,0V - 2,1V = 0,9 V. De weerstand gebruikt dus een spanning van 0,9V en een stroomsterkte van 2,0mA. De sterkte van de weerstand kan met R = U / I berekend worden. (Noordhoff Uitgevers bv, 2014) I = 2,0 ma = 2, A U = 0,9 V R = U / I = 0,9 / (2, ) = 450 Ω. 72

74 Dit levert het volgende schakelschema op: Er bestaan geen weerstanden van exact 450 ohm. Er zijn wel weerstanden beschikbaar in de E24 serie met een waarden van 430 ohm en 20 ohm. Wanneer deze in serie worden geschakeld leveren deze bij elkaar een weerstand van 450 ohm. (Weerstandcalculator) Links: een weerstand van 430 Ω, rechts: een weerstand van 20 Ω. (Weerstandcalculator) Het schakelschema van het kunstoog komt er als volgt uit te zien: 73

75 De batterij levert een vermogen van 3,0 V. Deze batterij moet in het kunstoog passen. Het bolletje van het kunstoog implantaat heeft een diameter van 22 mm. (Oogziekenhuis OMC Amsterdam). Er bestaan erg veel ronde batterijen met een spanning van 3,0 V. De diameter is 20 mm en de hoogte is meestal 3,2 mm. Deze passen dus in het kunstoog. De gemiddelde capaciteit bedraagt 225 mah (Digikey). Een batterij van 3,0V. Bron: (Batterijenland.nl) Omdat de weerstanden het stroomverbruik beïnvloeden, wordt het stroomverbruik van de schakeling opnieuw uitgerekend. De totale stroomsterkte in deze parallelle schakeling is gelijk aan Itot = I1 + I2 + I3 (Borsboom, 2011). Voor de totale stroomsterkte over de gehele stroomkring geldt dus Itot = 2,0 ma + 5,0 ma = 7,0 ma. De batterij levert een spanning van 3,0 V. P = U I = 3,0 V 7,0 ma = 21 mw. In 16 uur is dit gelijk aan E = P t = = 336 mwh. De energie in mah is dus gelijk aan 336 mwh / 3,0 V = 112 mah. Dit is twee keer zo weinig als de gemiddelde capaciteit van een batterij met een energievoorziening van 225 mah en een spanning van 3,0 V. Om te berekenen hoelang de batterij precies mee zal gaan is de volgende tabel gemaakt. Benodigde energiecapaciteit (mah) ? Tijd (uur) Kruislings vermenigvuldigen geeft / ,14 uur, dus iets langer dan 32 uur. Het bionisch oog kan dus ruim twee dagen mee zonder opladen. Zo kunnen de batterijen goed s nachts worden opgeladen. Het opladen van de batterij mag geen groot probleem vormen voor de gebruiker. Daarom mag het verwisselen van de batterij geen lastig karwei zijn. De energievoorziening in de impulsgenerator De impulsgenerator zit verbonden aan de elektroden en heeft ook energie nodig. In tegenstelling tot de camera, kan de impulsgenerator niet worden verwisseld. De energie kan wel, net als bij de Argus II, geleverd worden door de batterijen van de VPU. Dit gaat via draadloze energie tussen de inwendige en de uitwendige spoel. (Gregori, Olmos de Koo, Hahn, & Davis, 2015). 74

76 De impulsen worden opgewekt met een verschil in tijdsduur, verschillende sterktes (amplitude), en een verschil in aantal impulsen achter elkaar (frequentie).. De gemiddelde impulssterktes die nodig is (bij stimulering van één elektrode), komt neer op 100 nc/mm 2 (Laloyaux, Archambeau, Lambert, Delbeke, Gérard, & Veraart, 2002). De oppervlakte van één elektrode is gelijk aan Q = 100 nc/mm 2 0,2 mm 2 = 20 nc = 2, C. Een impuls duurt gemiddeld ongeveer 50 μs. De impulsfrequentie is gemiddeld 60Hz. (Laloyaux, Archambeau, Lambert, Delbeke, Gérard, & Veraart, 2002). Dit betekent dat er gemiddeld 60 impulsen per seconde worden gegeven. De tijd dat er impulsen worden opgewekt is per seconde 50 μs 60 Hz = 300 μs per seconde. Er worden elke seconde 300μs lang impulsen opgewekt. Voor de stroomsterkte geldt I = Q / t = (2, ) / ( ) 6, A in één seconde. De MiViP elektrode gebruikt een spanning van 6V (Amerijckx, 1998). Het vermogen dat geleverd moet worden in één seconde is gelijk aan: P = U x I = 6 (6, ) = 4, W. Omdat de batterij van de camera en de VPU ongeveer 16 uur per dag meegaan, geldt voor t = 16 uur: E = P t = (4, ) 16 = 6, Wh = 6,4 mwh. Er is dus 6,4 mwh nodig, oftewel 6, mwh / 6V 1,1 mah. De energievoorziening in de receiver De transmitter van de VPU verzend informatie over de lengte, de amplitude en de hoeveelheid impulsen achter elkaar naar de receiver in de impulsgenerator. Elke 20μs worden 64 bits verzonden. Dit vereist een datatransfersnelheid van 64 / ( ) = bits per seconde, dus 3, bps. Om een vloeiend beeld te krijgen, wordt deze data opgeslagen in speciale buffers op de RAM van de VPU van 32Mbyte (dus bits). (Amerijckx, 1998). Hierdoor kan een beeld van maximaal ( bits) / (3, bps) = 80s worden opgeslagen. Deze data in de speciale buffers wordt verzonden met een snelheid van 800 kbytes/ sec (6, bits) naar de receiver (Amerijckx, 1998). Hiervoor is een datatransfersnelheid nodig van 6, bps. Dit is wel wat meer dan de capaciteit van Bluetooth (2, bps). Om dit mogelijk te maken zijn twee speciale spoelen ontwikkeld die over een korte afstand informatie en energie uitwisselen. De spoel die functioneert als receiver bevindt zich hierbij in het kunstoog. Deze ontvangt energie en informatie van de transmitter die aangesloten zit aan de VPU. De energie voor de impulsgenerator wordt ook geleverd door de VPU. (Amerijckx, 1998), (Delbeke, Electrodes and Chronic Optic Nerve Stimulation, 2011) 75

77 Op de energievoorziening in de VPU wordt niet diep ingegaan omdat deze een los component is van het kunstoog. Deze werkt niet op dezelfde batterijen als de onderdelen van het kunstoog en ondervindt ook geen innovatie. Daarom wordt de energievoorziening van de VPU buiten beschouwing gehouden. 9.5 BENODIGDHEDEN Het kunstoog bestaat uit twee delen, namelijk een geïmplanteerd deel dat aan het bolletjesimplantaat vast zit met implantaat en impulsgenerator, en een deel dat losgekoppeld kan worden. Hierdoor kan de batterij van de camera vervangen kunnen worden. Benodigdheden kunstoog algemeen: Bolletje met een diameter van 22 mm (Oogziekenhuis OMC Amsterdam) Kunstoog prothese (kunststof of glas) Benodigdheden geïmplanteerde deel: MiViP elektrode (vier metalen platen van elk 0,2 mm 2 om de oogzenuw) Impulsgenerator Inwendige spoel Verbindingsdraden (afmetingen onbekend) Benodigdheden verwisselbare component : Camera (NanEye camera: 1 mm x 1 mm x 1.8 mm) Batterij 3,0 V, 225 mah (20 mm diameter, hoogte: 3,2 mm, verwisselbaar) Bluetooth transmitter: (3.5 mm x 3.5 mm x 1.0 mm) Verbindingsdraden Accessoires: Beeldprocessor (VPU) Oplader Uitwendige spoel 76

78 10. HET ONTWERP 10.1 HET PROTOTYPE De materialen Het prototype wordt gemaakt van verschillende materialen. Om het kunstoog te maken wordt een holle piepschuim bal gebruikt, en de andere onderdelen worden gemaakt van ijzerdraad, karton, en gekleurd papier. Een piepschuim bal wordt gebruikt voor het ontwerp (PurpleLinda Crafts) Een echt kunstoog bestaat uit een bolletje met een diameter van 22 mm. In het prototype wordt hiervoor een piepschuim bal gebruikt met een diameter van 20 cm, oftewel 200 mm. De schaal waarop het prototype wordt gemaakt is hiermee te berekenen: 22mm /200mm = 0,11. De schaal is dus 1 : 0,11. Een centimeter in het prototype is 0,11 cm in het echt. Hieruit volgt dat het kunstoog in het echt ongeveer 9 keer zo klein is als het prototype. Alle onderdelen worden ook op deze schaal gemaakt. De buitenkant van de prothese wordt gemaakt van een halve piepschuim bal. Deze heeft een diameter van 25 cm en past precies op de andere bol. Van deze halve bol wordt de uitneembare prothese van het kunstoog gemaakt. Alle andere onderdelen worden gemaakt van karton, papier en ijzerdraad. 77

79 Het ontwerp Het kunstoog bestaat uit verschillende onderdelen. Linksboven: transmitter, rechtsboven: impulsgenerator, linksonder: inwendige spoel, rechtsonder: camera. Linksboven: batterij, linksonder: geïmplanteerd bolletje, rechtsonder: buitenkant prothese. Wat opvalt aan de onderdelen is dat de batterij bijna de hele ruimte van het kunstoog in beslag neemt. Daarom kan de batterij slechts op twee manieren in het kunstoog worden geplaatst, namelijk horizontaal of verticaal. Zie de afbeeldingen op de volgende bladzijde. 78

80 Fig. links: horizontale plaatsing, fig rechts: verticale plaatsing van de batterij. De batterij moet makkelijk in- en uitneembaar zijn omdat hij 2 á 3 keer per week verwisseld en opgeladen moet worden. Daarom is het van belang dat deze tussen de twee oogleden door past. De horizontale afstand tussen de twee oogleden bij een volwassene is mm en de verticale afstand is 9-10 mm (Oogartsen.nl). De batterij zelf heeft een diameter van 20 mm. Dit betekent dat deze alleen door de horizontale opening past. Daarom zal de batterij horizontaal in het kunstoog worden geplaatst. De verticale afstand 9-10 mm (v) en de horizontale afstand mm (h) tussen twee oogleden (Blaszczak-Boxe, 2016) 79

81 De batterij zal aan de uitneembare kunstoogprothese bevestigd worden. Omdat deze dagelijks in- en uit wordt genomen, is er op deze manier geen speciale tool nodig om de batterij te verwijderen. 80

82 Door de horizontale plaatsing wordt het kunstoog verdeeld in twee delen. Zowel aan de bovenkant en aan de onderkant is er ruimte vrij voor de hardware, zoals de camera, transmitter, impulsgenerator en inwendige spoel. 81

83 De camera wordt in de opening van de pupil van de uitneembare prothese geplaatst.. Omdat deze niet te diep in het kunstoog ligt levert dit beelden met een betere kwaliteit, anders worden de beelden namelijk te donker. De camera zit aan de uitneembare prothese vast en wordt met het inwendige deel verbonden via twee plaatjes metaal. Deze plaatjes maken contact en wanneer de prothese in het oog wordt geplaatst, en daarmee zorgen ze voor een gesloten stroomkring tussen camera en batterij. 82

84 Afbeelding boven: het metalen plaatje van de camera maakt contact met de hardware in het kunstoog. Afbeelding onder: de elektroden om de oogzenuw worden via een stroomdraad verbonden met de hardware in het kunstoog. 83

85 De oogzenuw verlaat het oog meer aan de onderkant dan aan de bovenkant. Daarom worden de inwendige spoel en de impulsgenerator: de applicatie die gebruikt wordt om impulsen op te wekken en daarmee verbonden is met de elektrode aan de oogzenuw, aan de onderkant van het kunstoog geplaatst. De transmitter komt dus in het bovenste deel van het kunstoog. 84

86 Het eindresultaat van het ontwerp. 85

87 10.2 HET LOGO Het ontwerp moet ook een naam hebben. De naam moet internationaal zijn en hij moet makkelijk te onthouden zijn. Een kunstoog in het Engels is glass eye. Omdat het beeld gevormd wordt met een camera, krijgt het kunstoog de naam Camera Glass - eye, afgekort CG - Eye. Met behulp van Paint is dit logo ontwikkeld. De lichtblauwe lijn staat voor de oogzenuw, en de vier donkerdere gebieden op die lijn zijn de vier metalen elektrodeplaten van de MiViP elektrode. In het beeldmerk wordt alleen een afbeelding weergegeven. Het beeldmerk voor de CG- Eye bestaat uit hetzelfde oog, met daar aanvast de lijn met vier blauwe vlakken, die symbool staan voor de oogzenuw met de elektrodeplaat. 86

88 CONCLUSIE De hoofdvraag van dit onderzoek luidt: Hoe is het mogelijk om met een kunstoog te zien? Er zijn drie fasen doorlopen om deze hoofdvraag te beantwoorden. Fase I: informatie In de eerste fase: informatie, is de werking van het oog bestudeerd. Het oog bestaat uit verschillende onderdelen, onder andere de lens, het netvlies en de oogzenuw. Licht komt het oog binnen via de lens en valt vervolgens op het netvlies. Hier bevinden zich fotoreceptoren die het licht omzetten in zenuwimpulsen. Deze gaan via de axonen van de oogzenuw naar de hersenen, waar het beeld wordt verwerkt. Bij patiënten met een kunstoog ontbreken deze fotoreceptoren, en daarmee ook de juiste stimulans van de oogzenuw. Fase II: inspiratie In fase II: inspiratie, werd duidelijk dat het oog bijna hetzelfde werkt als het oor. Doofheid kan verholpen worden met een gehoorapparaat, en ook voor blinden is er een soortgelijke oplossing. Het beeld dat is opgenomen door een camera wordt hierbij omgezet in elektrische impulsen. Deze elektrische impulsen worden via een elektrodeplaat op de oogzenuw gebracht. Via de oogzenuw gaan de impulsen naar de hersenen voor verdere verwerking. Deze applicatie is ingebouwd in een bril en kan patiënten waarbij de fotoreceptoren niet meer functioneren, helpen om weer iets te zien. Fase III: innovatie In fase III: innovatie, werd onderzocht hoe deze techniek kan worden toegepast in het kunstoog. Door de kleinste hardware te gebruiken die op dit moment beschikbaar is, wordt het mogelijk om de applicatie zo klein te maken waardoor deze precies in het kunstoog past. Hiervoor zijn bijvoorbeeld de NanEye camera en een hele kleine transmitter gebruikt. Ook wordt de juiste elektrode, namelijk de MiViP elektrode die direct op de oogzenuw wordt geplaatst, gebruikt voor het ontwerp. Alleen de beeldprocessor past niet in het kunstoog. De beelden die worden opgenomen door de camera in het kunstoog worden via een transmitter met Bluetooth verstuurd naar de VPU, die gedragen wordt aan de broek of aan de kleding van de patiënt. De VPU zendt de verwerkte signalen terug naar de spoel in het kunstoog. Hier worden de elektroden aan de oogzenuw direct gestimuleerd door de impulsgenerator, waardoor de patiënt in staat is om met zijn ogen dingen waar te nemen. 87

89 Deze applicatie werkt op een batterij met een spanning van 3,0V. Deze batterij is makkelijk verwisselbaar omdat deze samen met de uitneembare kunstoogprothese in het kunstoog wordt geplaatst. 88

90 DISCUSSIE RELEVANTIE Het kunstoog kan een oplossing bieden voor mensen die helemaal niets meer kunnen zien, bijvoorbeeld wanneer ze in beide ogen een kunstoog hebben of wanneer ze naast het dragen van één kunstoog ook blind zijn aan het andere oog. Wanneer de patiënt nog kan zien met een van beide ogen is dit zicht vele malen beter dan het beeld van het kunstoog. Daarom is de CG- Eye niet voor hun geschikt. ONNAUWKEURIGHEDEN Elektroden De MiViP elektrode en de AV DONE zijn allebei op enkele patiënten getest. De AV DONE elektrode is slechts op één patiënt getest, maar deze wordt nog verder onderzocht. De MiViP elektrode is op drie patiënten getest. Misschien was de AV- DONE in staat om een betere beeldherkenning realiseren dan de MiViP, en werkte deze elektrode alleen bij die ene patiënt niet. Dit kan al vrij snel gebeuren bij een kleine fout in de operatie. Wellicht levert de AV-DONE elektrode na verder onderzoek een betere beeldherkenning op dan de MiViP. De MiViP elektrode is namelijk al flink verouderd. Wanneer dit zo blijkt te zijn, zal de AV-DONE elektrode kunnen worden gebruikt in het kunstoog in plaats van de MiViP. Hiervoor is wel meer onderzoek nodig, want deze elektrode heeft andere eigenschappen. Dit betekent wellicht een andere resolutie van de camera, een andere batterij, transmitter, VPU, en een ander implantaat. Alleen het principe blijft hetzelfde. Afmetingen impulsgenerator, inwendige spoel en elektrode Over de afmetingen van de impulsgenerator, de inwendige spoel en het uiterlijk van de MiViP elektrode was geen informatie te vinden op het internet. Bij dit PWS is de aanname gedaan dat deze in het kunstoog passen. Bij de Argus II worden de inwendige spoel en de impulsgenerator om de oogbol heen bevestigd, en ook bij de MiViP elektrode worden de impulsgenerator en de inwendige spoel geïmplanteerd. Als dit implantaat een hele grote hardware heeft, zou dit allemaal niet mogelijk zijn. Wanneer blijkt dat de inwendige spoel en de impulsgenerator niet in het kunstoog passen dan kunnen deze wel op een andere plek onder de huid kunnen worden aangebracht. Bijvoorbeeld in de schedel net als bij een cochleair implantaat of onder de huid van de schouder zoals bij een pacemaker. 89

91 Levensduur batterij Daarnaast worden de impulsen in de MiViP elektrode gegenereerd met een verschil in tijdsduur, verschillende impulssterktes (amplitude), en een verschillend aantal impulsen achter elkaar (frequentie). Voor de berekeningen van de hoeveelheid benodigde energie in de impulsgenerator zijn de gemiddeldes genomen van deze variabelen. Hierdoor kan het voorkomen dat de energiebehoefte van de impulsgenerator een afwijking vertoont ten opzichte van deze waarden; deze geven slechts een gemiddelde indicatie van het stroomverbruik. Andere camera s Ook bestaan er nog meer typen camera s dan de typen die zijn vergeleken. Er is onderzoek gedaan naar de typen camera s om aan te tonen dat er daadwerkelijk kleine camera s bestaan die passen in het kunstoog, waardoor het ontwerp praktisch realiseerbaar is. Waarschijnlijk bestaan er andere typen camera s met een resolutie van 128 x 128 pixels, waardoor het energieverbruik nog lager is. Deze zouden makkelijk kunnen worden toegepast. VERVOLGONDERZOEK De beeldherkenning Er kan vervolgonderzoek gedaan worden naar het verbeteren van het beeld dat de MiViP elektrode levert. Het is mogelijk om simpele objecten en vormen te herkennen, maar het herkennen van details en kleur is nog niet mogelijk. De techniek van de MiViP elektrode is ook verouderd, deze bestaat namelijk al sinds Hoog tijd voor vernieuwing. Er zou onderzocht moeten worden hoe het mogelijk is om met een optic nerve elektrode een betere beeldherkenning te realiseren. Een betere look Daarnaast zou er ook onderzocht kunnen worden hoe het kunstoog zelf verbeterd kan worden. Wellicht zou de pupil in de toekomst van grootte kunnen veranderen onder invloed van de hoeveelheid licht die erop valt(pupilvernauwing). Ook kan het CG- Eye wellicht in de toekomst meedraaien net zoals een echt kunstoog (convergentie) en wordt het mogelijk om in en uit te zoomen door de lens van de camera een andere sterkte te geven (accommodatie). Het CG- Eye begint zo steeds meer op een echt oog te lijken. Een compleet nieuwe techniek Zoals in hoofdstuk 1 wordt uitgelegd, bestaat licht uit fotonen van verschillende golflengten, met een verschil in energie. Wanneer er in de toekomst microchips worden ontwikkeld die lichtstralen met verschillende golflengten van elkaar kunnen onderscheiden, kunnen deze worden toegepast in het kunstoog. Het licht gaat hierbij 90

92 door een geïmplanteerde lens, en vervolgens komen deze samen op de microchip. De microchip maakt onderscheid tussen verschillende energieniveaus van de fotonen waardoor de axonen in de juiste mate worden gestimuleerd. De huidige technieken zijn nog niet zo ver, maar wellicht kan dit in de toekomst worden toegepast. Hierdoor is er geen losse VPU meer nodig waardoor het CG- Eye gebruiksvriendelijker wordt. Wellicht is ook de batterij in de toekomst overbodig. Wanneer de mitochondriën: de energiecentrale van het lichaam, het oog in de toekomst van energie kunnen voorzien is er geen batterij meer nodig. Het opladen en verwisselen van de batterij hoeft dan niet meer te worden gedaan door de gebruiker. Het kunstoog in het echt Tot slot zou het ontwerp in het echt gerealiseerd kunnen worden. Hierbij komen een aantal praktische vragen kijken: hoe wordt de operatie uitgevoerd, hoe wordt een goede oplader ontwikkeld voor de batterij van de VPU en het implantaat en hoe moet het kunstoog worden onderhouden. Wanneer deze vragen zijn beantwoord, is het CG- Eye klaar voor kleinschalige productie. Wanneer de resultaten goed uitpakken, kan het CG- Eye de markt op om meer patiënten helpen. 91

93 NAWOORD Met veel plezier heb ik het afgelopen half jaar aan mijn PWS gewerkt. De motivatie is niet afgenomen, zelfs niet wanneer het niet goed lukte. Ik heb af en toe flink moeten doorzetten om dit ontwerp te realiseren. De theorie over de werking van het oog was soms vrij pittig om te begrijpen. Omdat dit toch iets is wat ik interessant vind, is het uiteindelijk om dit begrijpelijk uit te leggen. Ook het maken van het prototype bleek een lastig karwei. Eerst viel alles continu uit elkaar, maar na flink wat spijkeren en lijmen is dat toch opgelost. Toen bleek dat het gat waar de batterij in moet net een beetje te klein was. Dat heeft me veel werk gekost, maar het was achteraf wel de moeite waard. Achteraf was dit PWS in mindere mate een informatica PWS dan ik eerst dacht. Toen ik net begon had ik het idee dat het nodig was om een programma te schrijven voor de codering van de impulsen. Hiervoor bleek al een code te bestaan, dus daarom heb ik me beperkt tot het ontwerpen van het kunstoog. Ik wilde tenslotte iets innovatiefs maken, en niet iets wat al eerder door iemand anders is bedacht. Wat ik heb geleerd van dit PWS is naast nieuwe informatie over de werking van het oog en de technische ontwikkelingen op oogheelkundig gebied, dat motivatie en doorzettingsvermogen belangrijk zijn om een succesvol product af te leveren. Ik heb meer tijd aan mijn PWS besteed dan het minimum van tachtig uur. Als ik erop terugkijk was het eerder een hobby dan een verplichting voor mij. Ik heb eruit gehaald wat erin zit, en daarom ben ik heel tevreden met het resultaat, en ook best wel trots op wat ik gemaakt heb. 92

94 BRONNENLIJST 10 voor biologie. (2016). Afbeeldingen van hoofdstuk 20. Retrieved september 15, 2016, from Alzein, M. (2014, november 14). Pupil. Retrieved from Amerijckx, C. e. (1998, oktober 15). An electronic device for nerve stimulation. Retrieved from perso.uclouvain.be/michel.verleysen/papers/wima98ca.pdf Anoniem. (2015, augustus 14). Retrieved from Anoniem. (n.d.). Blepharophimosis Ptosis Epicanthus inversus Syndrome. Retrieved januari 2017, 12, from Anoniem. (n.d.). File Size Calculator. Retrieved from Anoniem. ( ). GNK1 Hersenen en Aansturen Verplichte stof aanvullingen. Retrieved from Anoniem. (n.d.). H7: Cellen om te zien, horen, ruiken en proeven. Retrieved from blogimages.bloggen.be/tplessius/attach/ pdf Anoniem. (2010). Raster van Hermann. Retrieved from Arora, K. (2012). Cochlear Implant Stimulation Rates and Speech Perception. The University of Melbourne, Australia: InTech. Awaiba. (2015, juni 16). NanEye Module and Naneye Stereo Module. Retrieved november 29, 2016, from Awouters, M. (2016, april 9). Het visueel systeem (1). Retrieved from _Visueel_systeem_-_Het_oog.pdf Batterijenland.nl. (n.d.). Panasonic CR2032 knoopcel 3V (6-pack). Retrieved december 2, 2016, from Bioplek.org. (1999). Het zenuwstelsel. Retrieved from 93

95 Blaszczak-Boxe, A. (2016, november 23). Many LASIK Patients Have New Eye Problems After Surgery. Retrieved from Boer, M. d. (2002). Ontdek je blinde vlek. Retrieved from Borsboom, J. (2011). Theorie: Serie- en parallelschakelingen. Retrieved from fizx.jborsboom.nl/fizx/klas%203/elektriciteit3/theorie%20serie%20en%20parallel.pdf Brandli, A., Luu, C. D., Guymer, R. H., & Ayton, L. N. (2016, mei 11). Progress in the clinical development and utilization of vision prostheses: an update [elektronische versie]. Eye and Brain, Broeke, A. t. (2006, maart 20). Optische illusies: hoe je brein je voor de gek houdt. Retrieved from Chaffin, T. (2011, juni 9). Voltage & Amperage Guide for your CCTV Cameras. Retrieved from Cobb, K. (2010, september 8). SMU leads $5.6M research center for fiber optic interface to link robotic limbs, human brain. Retrieved from Cohen, E. (n.d.) Prosthetic interfaces with the visual system: biological issues. Retrieved from Commotion. (n.d.). Learn Wireless Basics. Retrieved november 16, 2016, from Coninck, J. d. (2016, januari). Dissectie van het oog. Retrieved september 14, 2016, from Dekker, E. (2016, mei). H7: Cellen om te zien, horen, ruiken en proeven. Retrieved from blogimages.bloggen.be/tplessius/attach/ pdf Delbeke, J. (2011). Electrodes and Chronic Optic Nerve Stimulation. Biocybernetics and Biomedical Engineering (vo 31, is 3.), Delbeke, J., Oozeer, M., & Veraart, C. (2003, april). Position, size and luminosity of phosphenes generated by direct optic nerve stimulation [elektronische versie]. Vision Research,

96 Dementyev, A., Hodges, S., Taylor, S., & Smith, J. (2013, oktober 3). Power consumption analysis of Bluetooth Low Energy, ZigBee and ANT sensor nodes in a cyclic sleep scenario. Retrieved from Digikey. (n.d.). Batteries Non-Rechargeable (Primary). Retrieved november 24, 2016, from oducts=0&columnsort=33&page=2&stock=0&pbfree=0&rohs=0&quantity=&ptm =0&fid=0&pageSize=25 Dijk, F. (2004). Samenvatting. Retrieved from hdl.handle.net/11245/ Dijk, J. v. (2013, oktober 1). Hoe komt het dat wij kleur kunnen zien? Retrieved from DroneRacingAmerica. (n.d.). Usmile 12V 1000TVL 1/3 CCD 170 degree Wide Angle Fisheye Lens HD FPV Camera. Retrieved november 14, 2016, from Drummond, K. (2011, november 3). Lasers Power Pentagon s Next-Gen Artificial Limbs [online versie]. Wired, URL: ECVV. (n.d.). 520TVL Mini CCTV Camera (0.008lux;16X16X10.5mm) MC493. Retrieved november 2016, 14, from Erasmus Universiteit Rotterdam. (2015, september 21). Brain and Cognition: Perception (Erasmus Universiteit Rotterdam). Retrieved from _title=0 Eyescan. (2016). Harde oogrok en vaatvlies. Retrieved Oktober 20, 2016, from Frenzel, L. (2012, oktober 11). The Fundamentals Of Short-Range Wireless Technology. Retrieved from Gregori, N. Z., Olmos de Koo, L. C., Hahn, P., & Davis, J. L. (2015). Creating the Bionic Eye: Implanting the Argus II [elektronische versie]. Retinal Physician (12),

97 Groenendijk, V. (2013, juni 26). Blinde vrouw kan als eerste in Nederland weer zien door chip. De Volkskrant, pp. Geraadpleegd van: Hamzelou, J. (2015, december 21). Bionisch oog geeft blinden basaal gezichtsvermogen. New Scientist, Geraadpleegd via: Hendriks, L. (2015, augustus 31). Hoe ontstaat een regenboog? Retrieved from Het Oogziekenhuis Rotterdam. (2016). Operatieve verwijdering van het oog en een kunstoog. Retrieved from Hoorzaken. (n.d.). Cochleair implantaat (CI). Retrieved september 8, 2016, from Hoorzaken.nl: HowStuffWorks. (2001). How Cell-phone Radiation Works. Retrieved from Humayun, M. S. (2013, mei 13). Artificial Sight: Restoration of Sight through Use of Argus II, a Bioelectronic Retinal Implant. Retrieved from ight_through_use_of_argus/ Humayun, M. S., Weiland, J. D., Chader, G., & Greenbaum, E. (2007). Artificial Sight: Basic Research, Biomedical Engineering, and Clinical Advances [elektronische versie]. New York: Springer. InfoNu. (2008, maart 22). Zintuigen: het oog; neurale functie van de retina. Retrieved , 15, from Kapteyn, L. (2011, maart). Neuronen, synapsen en receptoren. Retrieved from Karin. (2011, oktober 10). De werking van oogspieren. Retrieved from KNO. (2016). Cochleair implantaat. Retrieved from 96

98 Koen, V. (2014, oktober). Stimulating Vision. Retrieved from Kunjukunju, N., Sakaguchi, H., Kamei, M., & Quiroz-Mercado, H. (2016, oktober 21). Atrifical Vision. Retrieved from Laloyaux, C., Archambeau, C., Lambert, V., Delbeke, J., Gérard, B., & Veraart, C. (2002). Simultaneous Perception of Phosphenes Generated by Direct Stimulation of a Human Optic Nerve. Retrieved from ifess.org/proceedings/ifess2002/ifess2002_049_laloyaux.pdf Lamoré. (2013, maart). Cochleaire implantaatsystemen. Retrieved from Lewis, P. L., Ackland, H. M., Lowery, A. J., & Rosenfeld, J. V. (2015). Restoration of vision in blind individuals using bionic devices: A review with a focus on cortical visual prostheses [elektronische versie]. Elsevier Brain Research (1595), Lister Hill National Center for Biomedical Communications. (2017, januari 17). isolated ectopia lentis. Retrieved from Loizou, P. C. (1998). Mimicking the human ear. IEEE Signal Processing Magazine, 104. Lorach et al., H. (2014, oktober). The Bionic Eye [elektronische versie]. The Scientist, URL: Eye/. Maghami M.H., S. A.-E.-E. (2014, maart 2). Visual prostheses: The enabling technology to give sight to the blind [elektronische versie]. Ophthalmic & Vision Research, pp Mairembam, R. (2014, mei 17). Artifical eye. Retrieved from ?next_slideshow=1 Mary, R. (2010). Wireless Communication and types. Retrieved from MRI Questions. (n.d.). The MR Signal: Details. Retrieved november 2016, 16, from Nader, N. (2002, juni 15). Subretinal prostheses show promise in preliminary studies, author says [elektronsiche versie]. Healio, pp. URL: 97

99 Nelissen, M. (1997). Introductie tot de gedragsbiologie. Leuven/ Apeldoorn: Mark Nelissen & Garant Uitgevers bv. Neurokids. (2009). In het oog. Retrieved from NIDEK CO., LTD. Eye & Healthcare. (n.d.). Types of Visual Prostheses. Retrieved november 9, 2016, from Nijs, D. (2013). Strabisme. Retrieved from Nishida, K. (2016, februari 26). Artificial vision by Direct Optic Nerve Electrode (AV- DONE). Retrieved from Noordhoff Uitgevers bv. (2013). Binas (6e editie ed.). Groningen/ Houten: Noordhoff Uitgevers bv. Noordhoff Uitgevers bv. (2014). Nectar Biologie 5 vwo leerboek. Groningen/Houten: Noofdhoff Uitgevers bv. Noordhoff Uitgevers bv. (2014). Pulsar 3e editie Natuurkunde (3e editie ed.). Groningen/ Houten: Noordhoff Uitgevers bv. Oogartsen.nl. (n.d.). Bouw en functie: oogzenuw en hersenzenuwen. Retrieved september 25, 2016, from nzenuwen/ Oogartsen.nl. (n.d.). Hangend of laagstand van het bovenooglid. Retrieved januari 12, 2017, from Oogartsen.nl. (n.d.). Verwijderen van het oog (enucleatie) en Kunstoog. Retrieved from Oogfonds. (2016). De oogspieren. Retrieved from Oogziekenhuis OMC Amsterdam. (n.d.). Behandeling. Retrieved from OPCI. (2016). Hoe werkt een cochleair implantaat? Retrieved from 98

100 Orcutt, M. (2015, augustus 7). How Well Can Bionic Eyes See? Retrieved from Ouwerkerk, R. (n.d.). Kleur waarnemen. Retrieved september 25, 2016, from Perez Fornos, A. (2012). Temporal properties of visual perception on electrical. Investigative Ophthalmology & Visual Science (vol. 53, no. 6), Prophet, G. (2015, november 6). Ultra-compact CMOS endoscopy camera recognised with award. Retrieved from PurpleLinda Crafts. (n.d.). Polystyrene Balls Eggs Rings - Styrofoam Shapes. Retrieved januari 12, 2017, from Radboud Universitair Medisch Centrum. (2015, september). Operatieve verwijdering van het oog (enucleatie). Retrieved from Reader's Digest. (2009). Ogen en mond. Amsterdam/ Brussel: Uitgeversmaatschappij The Reader's Digest. Renckers, E. (2009, maart 12). Horen met een bionisch oor. Retrieved from Sakaguchi, H. e. (2010). A New Electrode Device for Artificial Vision by Direct Optic Nerve Electrode (AV-DONE) [elektronische versie]. Investigative Ophthalmology & Visual Science, vol. 51, is. 13, Scholte, G., & Marree, I. (1999). Het zenuwstelsel. Retrieved oktober 16, 2016, from Second Sight. (2016). How Is Argus II Designed To Produce Sight? Retrieved from Second Sight Medical Products, Inc. (2013). Argus II Retinal Prosthesis System Surgeon Manual. Sylmar, California, USA. Seyal, O. (2011, juni 23). How is NFC better than Bluetooth? Retrieved from Smit, N. (2014). De ogen Paragraaf 5. Gezichtszintuig De gezichtszintuigcellen bevinden zich in de ogen. Retrieved from Snavely, N. (n.d.). CS6670: Computer Vision Lecture 2 Image filtering. Snow, J. B., Wackym, P. A., & Ballenger, J. J. (2009). Otorhinolaryngology 17. Shelton: BC Decker Inc. 99

101 Sparkfun. (n.d.). Light / imaging. Retrieved november 14, 2016, from Spirituele Regressie. (2016). Regressie- en reïncarnatietherapie (RRT) op oog- en zichtproblemen. Retrieved oktober 18, 2016, from Staal, A. (2009, juli 2). Wimpers, functioneel en mooi. Retrieved from Stronks, H. C., & Dagnelie, G. (2013, november 22). The functional performance of the Argus II retinal prosthesis. Retrieved from Sylmar, C. (2016, februari 23). Second Sight to Announce Five-Year Data from Argus II Clinical Trial Program. Retrieved from Five-Year-Data-Argus-II-Clinical TDK Global. (2015, september 29). Micro modules World's smallest Bluetooth V4.1 Smart module. Retrieved november 2016, 27, from TechnologyUK. (n.d.). Digital Signals. Retrieved from Universe Review. (n.d.). Nervous System. Retrieved januari 23, 2017, from Urban, G. (2007). BioMEMS. Dordrecht: Springer. Veerman, E. (2001, oktober 12). Voortgang in het slakkenhuis. Retrieved from Veraart, C. e. (1998). Visual sensations produced by optic nerve stimulation using an implanted [elektronische versie]. Brain Research (813), VPRO, NPO. (2012, augustus 5). Blind en toch zien, Labyrinth [documentaire]. Wallace, G. G., Moulton, S. E., Kapsa, R. M., & Higgins, M. J. (2012). Organic Bionics [elektronische versie]. Weinheim, Duitsland: Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA. Washington Otology. (n.d.). Cochlear Implants. Retrieved from Weerstandcalculator. (n.d.). Kleurcodering van weerstanden. Retrieved december 2, 12, from 100

102 What-when-how. (n.d.). Visual System (sensory System) Part 2. Retrieved from Wikipedia. (2016, augustus 22). Neurotransmitter. Retrieved , 16, from Wikipedia. (n.d.). Oogprothese. Retrieved oktober 20, 2016, from Yorku. (n.d.). Convergence. Retrieved september 15, 2016, from Zandbergen, P. (n.d.). Short-Range Wireless Communication: Bluetooth, ZigBee & Infrared Transmission. Retrieved from Zrenner, E. (2010, november 3). Retinal implant allows blind patients to recognize letters and words. Retrieved from tuebingen.de/presse_aktuell/pressemeldungen/2010_11_03-port p html 101

103 BIJLAGEN LOGBOEK WAT, WAAR, WANNEER Hieronder is een logboek te vinden van wat ik heb gedaan, wanneer, hoelang en waar. Soms liep ik tegen een probleem op of was er net wat meer toelichting nodig bij de betreffende activiteit. Voor een uitgebreid overzicht van deze problemen, oplossing en opmerkingen zie bladzijde

104 103

105 LOGBOEK PROBLEMEN, OPLOSSING EN OPMERKINGEN 104