Vědci UCLA dekódují svalovou mechaniku za blikáním

Mrknutí oka se zdá být přirozené a okamžité, ale je to tak? Bez fungujícího víčka může oko suché, podrážděné a nakonec ztratit schopnost jasně vidět.

Nyní tým biomechanických inženýrů UCLA a oftalmologů odhalil nové podrobnosti o svalu, který ovládá blikání, a nabízí cestu k rozvoji protéz podporovaných mrknutí. Publikováno v Sborník Národní akademie vědStudie zjistila, že orbicularis oculi – sval, který řídí pohyb víček – se stahuje ve složitých vzorcích, které se liší akcí a pohybují víčko více než jen jednoduchým pohybem nahoru a dolů.

Vědci studovali, jak se tento sval chová odlišně v různých akcích, včetně spontánních blikání, ochranných rychlých uzávěrů a stisknutí pohybů zavřených očí.

„Pohyb víčka je složitější a přesněji ovládán nervový systém Než dříve pochopilo, “uvedl odpovídající autor studie Tyler Clites, odborný asistent mechanického a leteckého inženýrství na UCLA Samueli School of Engineering. Tato úroveň kontroly svalů nebyla nikdy zaznamenána v lidském víčku. Nyní, když máme tyto informace v bohatých detailech, můžeme se posunout vpřed při navrhování neuroprosthes, které pomáhají obnovit přirozenou funkci víček. “

V experimentech s dobrovolníky se vědci podívali na pět různých způsobů, jak se oči zavírají:

• Spontánní blikání: Automatické, nevědomé mrknutí, ke kterému dochází pravidelně, aby se oční promazalo
• Dobrovolné blikání: úmyslné mrknutí, jako když je někdo požádán, aby blikal na příkaz
• Reflexivní blikání: Rychlé, nedobrovolné mrknutí spuštěné, aby chránilo oko před kolizí
• Měkké uzavření: Jemný, pomalý sestup víčka, podobný začátku spánku
• Nucené uzavření: úmyslné stlačení víček pevně zavřená

Pro zaznamenání aktivity v orbicularis oculi s vysokou přesností vložil oční chirurg malé drátěné elektrody do víčka. Vědci pak použili systém zachycení pohybu ke sledování pohybu očních víček v pohybu ultraznow. Tyto nástroje umožnily týmu měřit jemné rozdíly v pohybu očních víček, včetně rychlosti, směru a které části svalu tuto akci zahájily.

„Lidé mohou ztratit schopnost blikat kvůli mrtvici, nádoru, infekci nebo zraněním. Stav je v krátkodobém horizontu bolestivý a může poškodit oči dostatečně, aby způsobil ztrátu vidění,“ řekl spoluautor studie Dr. Daniel Rootman, docent oftalmologie na lékařské fakultě Davida Geffena v UCLA a ředitel centra orbitálních onemocnění UCLA. „We know that a small electric pulse can stimulate the orbicularis oculi muscle to move, but designing one that works well has been elusive. What we now have is a good roadmap to such a device, including where exactly to place electrodes, how to time them, and how strong the pulse should be. These guidelines could help pave the way for the development and clinical testing of such a device, with the ultimate goal of providing real relief for patients.“

S touto základní znalostí biomechaniky víček v ruce mohou vědci nyní pracovat na zdokonalování prototypové neuroprostheze, aby pomohli lidem blikat.

„Pochopení toho, jak oční víčka funguje, je zásadní pro navrhování přesného stimulačního vzorce pro protézu a také pro diagnostické účely,“ řekl první autor studie Jinyoung Kim, doktorandská doktorská doktorská skupina UCLA, anatomické inženýrské skupiny v UCLA. „Jsme více než nadšeni, že můžeme tuto mezeru překlenout a postupovat vpřed, abychom pracovali s pacienty, kteří mají ochrnutí obličeje a pomáhají zlepšovat jejich životy.“

Mezi další autory, všichni z UCLA, patří Ashley Shirriff, Jordan Cornwell a Maria Paula Quintero Mutis s oftalmickým plastem a rekonstrukční chirurgií; a Ereni Delis a Sophia Wang, oba vysokoškoláci ve skupině Clites. Clites také pořádá společné jmenování fakulty v oddělení bioinženýrství na UCLA Samueli a ortopedické chirurgii na lékařské fakultě Geffen.

Výzkum byl financován Národním ústavem Health’s National Eye Institute.