Subretinale Elektro-Stimulation:Einfluss der Stimulus Parameter auf das räumliche und zeitliche Muster der Aktivierung von Ganglienzellen

• Applicant: Dr. Robert Wilke
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2009 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 118701272

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Die Effektivität subretinaler Implantate in Bezug auf räumliche Auflösung und Mustererkennung konnte durch besseres Verständniss grundlegender Mechanismen der Elektrostimulation verbessert werden. Durch weitgehende Vermeidung von elektrischem Cross-talk (durch sequentielle Stimulation, oder durch Darbietung von Buchstaben mit inversem Kontrast (weiss auf schwarz)) konnten signifikante Ergebnisse erzielt werden. Der In-vitro Ansatz mit explanierten Netzhäuten von Mäusen und Anfärbung der Ganglienzekllen mit FURA-II hat sich als nicht durchführbar herausgestellt. Obwohl Publikationen hierzu vorhanden waren, hat sich herausgestellt, dass die Anfärbbarkeit von Ganglienzellen stark von der verwendeten Spezies abhängt und in Mäusen offensichtlich sehr schwer zu realisieren ist. Möglicherweise verhindert die Membrana limitans interna eine effektive Penetration des Farbstoffes in die Netzhaut. Es wurden auch Versuche zur retrograden Anfärbung über den N. Opticus mit Dextrankonjugierten Farbstoffen, sowie Mikroinjektion in die Retina unternommen, jedoch ebenso ohne ürzeugenden Erfolg. Um rasch an dem Projekt weiterarbeiten zu koennen, und Hypothesen für die klinische Studie zu erarbeiten, wurde ein theoretischer Ansatzt gewählt, der letztlich erfolgreiche Experimente mit Teilnehmern der Humanstudie ermöglicht hat.

Publications

• “Blind Retinitis Pigmentosa Patients Can Read Letters And Recognize The Direction Of Fine Stripe Patterns With Subretinal Electronic Implants,” Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2009 E‐Abstract 2009
  E. Zrenner, R. Wilke, K. Bartz‐Schmidt, H. Benav, D. Besch, F. Gekeler, J. Koch, K. Porubska, H. Sachs, and B. Wilhelm
  
• “Modeling Advantages of Subretinal Microphoto‐ diode‐Arrays Utilizing Sequential Electrode Activation”, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2009 E‐ Abstract, 2009
  H. Benav, R. Wilke, A. Stett, and E. Zrenner
  
• “Visual Acuity determined by Landolt C Test in a Blind Pa‐ tient provided with a Subretinal Electronic Implant” Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2009 E‐Abstract 2009
  R. Wilke, K. Porubska, H. Benav, A. Kusnyerik, A. Bruckmann, J. Koch, K. Bartz‐Schmidt, H. Sachs, B. Wilhelm, and E. Zrenner
  
• „Subretinal Microelectrode Arrays Allow Blind Retinitis Pigmentosa Patients to Recog‐ nize Letters and Combine them to Words.“ IEEE 2nd ICNPD Conference Beijing Proceedings 2, 1049‐1052 (2009)
  Zrenner E, Wilke R, Bartz‐Schmidt KU, Gekeler F, Besch D, Benav H, Bruckmann A, Porubská K, Sachs H, Greppmaier U, Harscher A, Kibbel S, Wrobel W, Kusnyerik A, Peters T, Wilhelm B, Stett A
  
• „Subretinal Microelectrode Arrays Implanted Into Blind Retinitis Pigmen‐ tosa Patients Allow Recognition of Letters and Direction of Thin Stripes”, IFMBE Proceedings World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, 2009, Vol. 25/9 pp 444‐447
  E. Zrenner, R. Wilke, H. Sachs, K. U. Bartz‐Schmidt, F. Gekeler, D. Besch, H. Benav, A. Bruck‐ mann, U. Greppmaier, A. Harscher, S. Kibbel, A. Kusnyerik, T. Peters, K. Porubská, A. Stett, B. Wilhelm, W. Wrobel
  
• Electric Stimulation of the Retina, 2010
  Schmid EW and Wilke R
  
• “Factors Affecting Perceptual Thresholds of Subretinal Electric Stimulation in Blind Volunteers” Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2010 E‐Abstract, 2010
  R. Wilke, H. Benav, U.Greppmaier, A. Harscher, and E. Zrenner
  
• “Stimulation of the Retinal Network in Bionic Vision Devices: From Multi‐Electrode Arrays to Pixelated Vision”, The 17th International Conference on Neural Information Processing (ICONIP2010), Sydney, Australia
  R.G.H. Wilke, G. Khalili, S. Dokos, G. Suaning, N. Lovell
  
• „Modeled Responsivity Of Retinal Bipolar Cells During Subretinal Stimulation” Invest. Oph‐ thalmol. Vis. Sci. 2010 E‐Abstract, 2010
  H. Benav, F. Rattay, R. Wilke, D. Feiertag, C. Freystaetter, G. Kitzler, P. Werginz, E. Zrenner
  
• „Restoration of Useful Vision up to Letter Recognition Capabilities Using Subretinal Microphotodiodes” 32nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2010
  H. Benav, K.‐U. Bartz‐Schmidt, D. Besch, A. Bruckmann, F. Gekeler, U. Greppmaier, A. Harscher, S. Kibbel, A. Kusnyerik, T. Peters, H. Sachs, A. Stett, K. Štingl, B. Wilhelm, R. Wilke, W. Wrobel, and E. Zrenner
  
• “Electric crosstalk impairs spatial resolution of multi‐electrode arrays in retinal implants”, J. Neural Eng, 2011. 8 046016
  R.G.H. Wilke, G. Khalili‐Moghadam, G. Suaning, N. Lovell, S. Dokos
  
• “Fading Of Perception In Retinal Implants Is A Function Of Time And Space Between Sites Of Stimulation” ARVO annual meeting 2011
  R. Wilke, K. Stingl, E. Zrenner
  
• “Spatial Resolution and Perception of Patterns Mediated by a Subretinal 16‐Electrode Array in Patients Blinded by Hereditary Retinal Dystrophies”, Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011 Jun 21. [Epub ahead of print]
  R. Wilke, V.P. Gabel, H. Sachs, K.U. Bartz‐Schmidt, F. Gekeler, D. Besch, P. Szur‐ man, A. Stett, B. Wilhelm, T. Peters, A. Harscher, U. Greppmaier, S. Kibbel, H. Benav, A. Bruckmann, K. Stingl, A. Kusnyerik, E. Zrenner
  
• “Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words”, Proceedings of the Royal Society B, 2011 May 22;278(1711):1489‐97
  E. Zrenner, K.‐U. Bartz‐Schmidt, H. Benav, D. Besch, A. Bruckmann, V.‐P. Gabel, F. Gekeler, U. Greppmaier, A. Harscher, J. Koch, A. Kusnyerik, T. Peters, K. Porubská, H. Sachs, A. Stett, P. Szurman, B. Wilhelm, and R. Wilke