Het kunstoog dat kan zien

Het kunstoog dat kan zien
Natuurkunde – Biologie - Informatica PWS
Nadine Duursma 6E
College Hageveld
Begeleider: Els van Tol
30-1-2017
“Imagination is more
important than knowledge”
(Albert Einstein, 1879 – 1955)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
1
Profielwerkstuk CG- Eye
Natuurkunde, Biologie, Informatica PWS
Atheneum College Hageveld
Door: Nadine Duursma
Begeleider: Els van Tol
30-1-2017
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
2
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
3
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
4
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
5
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
6
INHOUDSOPGAVE
Samenvatting .................................................................................................................3
Summary ........................................................................................................................4
Voorwoord .....................................................................................................................5
Inhoudsopgave ........................................................................................................................................ 7
Inleiding .........................................................................................................................9
Ontwerp ...................................................................................................................................................... 9
Hypothese .................................................................................................................................................. 9
Werkwijze ................................................................................................................................................. 10
Fase I: Informatie ........................................................................................................ 11
1. Licht, wat is dat eigenlijk? ................................................................................................................ 11
1.1 Verschillende kleuren .................................................................................................................. 11
1.2 Breking ............................................................................................................................................... 12
2.De bouw van het oog ......................................................................................................................... 13
2.1 De uitwendige bouw van het oog ........................................................................................ 13
2.2 De Inwendige bouw van het oog .......................................................................................... 14
2.3: De oogspieren ............................................................................................................................... 16
3. Scherpstellen .......................................................................................................................................... 17
3.1 Scherp zien op verschillende afstanden ............................................................................. 17
3.2 Bijziend en verziend ..................................................................................................................... 18
4. De afvoer van impulsen .................................................................................................................... 20
4.1 Van netvlies naar fotoreceptor ............................................................................................... 20
4.2 Van fotoreceptor naar oogzenuw ......................................................................................... 22
4.3 Van oogzenuw naar de hersenen ......................................................................................... 23
4.4 Aan het einde van de oogzenuw in de hersenen .......................................................... 25
4.5 In de hersenen................................................................................................................................ 27
5. Het zien van kleuren, licht en contrast ...................................................................................... 28
5.1 Staafjes en kegeltjes: overeenkomsten en verschillen ................................................ 28
5.2 De omzetting van licht naar een elektrisch impuls ....................................................... 29
6. Het kunstoog: een oog dat niets ziet ......................................................................................... 33
6.1 verschillende operaties. ............................................................................................................. 33
6.2 Verschillende soorten protheses ........................................................................................... 34
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
7
Fase II: Inspiratie......................................................................................................... 35
7. Het cochleair implantaat .................................................................................................................. 35
7.1 De werking van het oor ............................................................................................................. 35
7.2 De werking van het cochleair implantaat .......................................................................... 36
7.3 De Codering van het geluid ..................................................................................................... 38
7.4 Aansturing van de elektroden ................................................................................................ 42
8. Het bionisch oog .................................................................................................................................. 44
8.1 De werking van het bionisch oog ......................................................................................... 44
8.2 Het inwendige implantaat ........................................................................................................ 46
8.3 Van videobeeld naar elektrische impulsen ....................................................................... 47
8.4 Aansturing van elektroden ....................................................................................................... 51
8.5 Verschillende typen elektrodeplaten, binnenin de oogbol ....................................... 53
8.6 Verschillende typen elektrodeplaten, buiten de oogbol ............................................ 55
Fase III: Innovatie ....................................................................................................... 61
9. De onderdelen van het kunstoog ................................................................................................ 61
9.1 De elektrodeplaat ......................................................................................................................... 62
9.2 De camera ........................................................................................................................................ 63
9.3 Van kunstoog naar VPU, en weer terug ............................................................................. 65
9.4 Energievoorziening ...................................................................................................................... 70
9.5 Benodigdheden ............................................................................................................................. 76
10. Het ontwerp ......................................................................................................................................... 77
10.1 Het prototype .............................................................................................................................. 77
10.2 Het logo .......................................................................................................................................... 86
Conclusie ..................................................................................................................... 87
Discussie ...................................................................................................................... 89
Relevantie................................................................................................................................................. 89
Onnauwkeurigheden .......................................................................................................................... 89
Vervolgonderzoek ................................................................................................................................ 90
Nawoord ...................................................................................................................... 92
Bronnenlijst ................................................................................................................. 93
Bijlagen ...................................................................................................................... 102
Logboek wat, waar, wanneer ............................................................................................................ 102
logboek problemen, oplossing en opmerkingen ................................................................... 104
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
8
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:
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
9
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
10
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 1 • 10-9 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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
11
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
12
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
13
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
14
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
15
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
16
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
17
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
18
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
19
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
20
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
21
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
22
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
23
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
24
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 Ca2+ poorten en
neurotransmitterblaasjes. Wanneer het actiepotentiaal deze Ca2+ poorten bereikt
heeft, stroomt Ca2+ 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
25
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
26
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, 2012-2013)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
27
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
28
rhodopsine en retinal en cone-opsin vormen photopsine. (Anoniem, GNK1 Hersenen
en Aansturen Verplichte stof aanvullingen, 2012-2013)
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
29
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, 2012-2013)
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 Ca2+ de fotoreceptor in. De Ca2+ wordt nog wel
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
30
verbruikt voor cellulaire processen. Door daling van Ca2+ 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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
31
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
32
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
33
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
34
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
35
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 30.000 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
36
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
37
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 GEL UID
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:
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
38
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
39
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
40
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 30.000 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, 91.000 samples per seconde. Hierdoor wordt het
informatieverlies beperkt.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
41
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
42
•
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
43
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
44
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
45
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
46
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
47
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
48
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
49
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
50
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
51
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/cm2, oftewel milliCoulomb per
oppervlakte. De maximale stimulanswaarde wordt meestal ingesteld op 1 μC/cm2.
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
52
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
53
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
54
Samenvatting voor- en nadelen elektroden in het oog
Methode
Epiretinal
Voordelen
• Geen werkende bipolaire,
amacriene of horizontale
cellen nodig
Subretinal
• 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
Suprachoroidal
Nadelen
• 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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
55
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 mm2, die loodrecht op elkaar
staan. Aan de zijkant van het hoofd is een impulsgenerator geplaatst die deze
elektroden stimuleert. (Delbeke, Oozeer, & Veraart, 2003).
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
56
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/cm2, 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
57
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
58
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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
59
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
MiViP
• Succesvolle resultaten bij
proefpersonen
Glasvezel
elektrode
• Veel impulsen tegelijk, dus erg
scherp beeld
AV-DONE
• Binnenste axonen worden niet
buitengesloten
Coritcal
Implants
• Ganglioncellen hoeven niet
meer te werken
Nadelen
• 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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
60
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:
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
61
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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
62
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 = 16384 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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
63
Type camera
Resolutie
(pixels)
LinkSprite JPEG
Color Camera
160 x 120 =
19200 px
CMOS Camera
728 x 488 =
355264 px
Usmile® 2pcs
camera
Afmetingen
LxBxH (mm)
vs
lichtgevoelige
deel (mm2)
Vermogen
(U x I)
45.6 x 30 x 28
3.6 mm2
32 x 32 x ?
3.6 mm2
3,3V *
80mA =
264 mW
1120 x 696 =
779520 px
12.5 x 12.5 x 17
1.8 mm2
7,5V *
70mA =
525 mW
Mini CCTV
Camera
656 x 492 =
322752 px
16 x 16 x 10.5
0.5 mm2
3,3V *
70mA =
231 mW
Naneye Camera
(kleinste camera
ter wereld)
250 x 250 =
62500 px
1.0 x 1.0 x 1.8
?
2,1 V x
2mA = 4,2
mW
Afbeelding
6V * 50mA
= 300 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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
64
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 16384 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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
65
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
66
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 2.45 • 109 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 2 000 000 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 3,0 • 1011 tot 4,3 • 1014 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
67
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
2.45 • 109 Hz. Het verschil tussen Zigbee en Bluetooth zit in de snelheid. Zigbee
verzendt data met een snelheid van 250 Kbps, dus 250 000 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 5,28 • 108 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
68
hier een voorbeeld van. De frequentie van de elektromagnetische golven is 1,356 •
107 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 Snelheid
(Hz)
(bps)
9
Bluetooth 2.45 • 10
2,0 • 106
Infrarood
3,0 • 1011 4,3 • 1014
1,15 • 105 1,0 • 109
Zigbee
2.45 • 109
2,5 • 105
UWB
5,28 • 108
4,8 • 108
NFC
1,356 • 107
4,24 • 105
Voordelen
Nadelen
• Werkt alleen wanneer er
geen obstakel tussen de
transmitter en receiver zit
• Lage datatransfersnelheid
• Kleine
energiebehoefte,
dus kleine batterij
• Hoge snelheid
• Hoge energiebehoefte,
• Kan betonnen
dus grote batterij
muren passeren
• Veilige
• Kleine afstand tussen
informatieoverdracht
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 = 16384 bits. (Berekend met (File Size Calculator)). Een afbeelding die
geconvergeerd wordt zoals in de Argus II, met 32 (25) verschillende zwart-wit
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
69
intensiteiten bevat 16384 x 5 = 81920 bits. Er ontstaat een vloeiend beeld bij
minimaal 24 beeldjes per seconde (Noordhoff Uitgevers bv, 2014). Dat betekent dat
bij 24 beeldjes per seconde, 81920 x 24 = 1966080 bits per seconde worden
verstuurd met elektromagnetische straling, dus ongeveer 1,97 • 106 bits per seconde.
Niet iedere methode van elektromagnetische straling verstuurd data met een
snelheid van meer dan 1,97 • 106 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 2,0 • 106 bps, en er moeten
ongeveer 1,97 • 106 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
70
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 1966080 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.
Spanning
Stroomsterkte
Vermogen
Energie (16 uur)
NanEye camera
Transmitter
2,1 V
2,0 mA
4,2 mW
67,2 mWh
22,4 mAh
3,0 V
5,0 mA
15 mW
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).
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
71
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 = 2,0 • 10-3 A
U = 0,9 V
R = U / I = 0,9 / (2,0 • 10-3) = 450 Ω.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
72
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:
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
73
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 = 21 • 16 = 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)
112
225
Tijd (uur)
16
?
Kruislings vermenigvuldigen geeft 225 • 16 / 112 ≈ 32,14 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).
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
74
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/mm2 (Laloyaux, Archambeau, Lambert, Delbeke, Gérard, & Veraart, 2002).
De oppervlakte van één elektrode is gelijk aan Q = 100 nC/mm2 • 0,2 mm2 = 20 nC =
2,0 • 10-8 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 = (2,0 • 10-8) / (300 • 10-6) ≈ 6,67 • 10-5 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 • (6,67 • 10 -5) =
4,0 • 10-4 W.
Omdat de batterij van de camera en de VPU ongeveer 16 uur per dag meegaan, geldt
voor t = 16 uur: E = P • t = (4,0 • 10-4) • 16 = 6,4 • 10-3 Wh = 6,4 mWh.
Er is dus 6,4 mWh nodig, oftewel 6,4 • 10-3mWh / 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 / (20 • 10 -6) = 3
200 000 bits per seconde, dus 3,2 • 106 bps. Om een vloeiend beeld te krijgen, wordt
deze data opgeslagen in speciale buffers op de RAM van de VPU van 32Mbyte (dus
256 • 106 bits). (Amerijckx, 1998). Hierdoor kan een beeld van maximaal (256 • 106
bits) / (3,2 • 106 bps) = 80s worden opgeslagen. Deze data in de speciale buffers
wordt verzonden met een snelheid van 800 kbytes/ sec (6,4 • 106 bits) naar de
receiver (Amerijckx, 1998). Hiervoor is een datatransfersnelheid nodig van 6,4 • 106
bps. Dit is wel wat meer dan de capaciteit van Bluetooth (2,0 • 10 6 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)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
75
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 mm2 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
76
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
77
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
78
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 20-25 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 20-25
mm (h) tussen twee oogleden
(Blaszczak-Boxe, 2016)
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
79
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
80
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
81
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
82
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
83
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
84
Het eindresultaat van het ontwerp.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
85
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
86
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
87
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
88
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 AVDONE 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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
89
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 2000. 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
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
90
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
91
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
92
BRONNENLIJST
10 voor biologie. (2016). Afbeeldingen van hoofdstuk 20. Retrieved september 15,
2016, from http://www.10voorbiologie.nl/index.php?cat=21&hoofdstuk=20
Alzein, M. (2014, november 14). Pupil. Retrieved from
http://www.slideshare.net/DrMohamedAAlZaSehba/pupil-41544699
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
https://www.vpaint.org/forum/viewtopic.php?f=6&t=61&start=0
Anoniem. (n.d.). Blepharophimosis Ptosis Epicanthus inversus Syndrome . Retrieved
januari 2017, 12, from http://bpes.nl/?page_id=83
Anoniem. (n.d.). File Size Calculator. Retrieved from
http://jan.ucc.nau.edu/lrm22/pixels2bytes/calculator.htm
Anoniem. (2012-2013). GNK1 Hersenen en Aansturen Verplichte stof aanvullingen.
Retrieved from https://www.wereldsupporter.nl/nl/summaries/gnk1-hersenen-enaansturen-verplichte-stof-aanvullingen
Anoniem. (n.d.). H7: Cellen om te zien, horen, ruiken en proeven. Retrieved from
blogimages.bloggen.be/tplessius/attach/113807.pdf
Anoniem. (2010). Raster van Hermann. Retrieved from
http://www.hoewerktgezichtsbedrog.nl/raster_van_Hermann.htm
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 http://www.awaiba.com/product/naneye/
Awouters, M. (2016, april 9). Het visueel systeem (1). Retrieved from
http://medica.be/w2/index.php?title=Bestand:Studentencursus_H09__Visueel_systeem_-_Het_oog.pdf
Batterijenland.nl. (n.d.). Panasonic CR2032 knoopcel 3V (6-pack). Retrieved december
2, 2016, from http://batterijenland.nl/panasonic-cr2032-knoopcel-3v-6-pack
Bioplek.org. (1999). Het zenuwstelsel. Retrieved from
http://www.bioplek.org/animaties/zenuwstelsel/zenuwennieuw.html
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
93
Blaszczak-Boxe, A. (2016, november 23). Many LASIK Patients Have New Eye
Problems After Surgery. Retrieved from http://www.livescience.com/56987-lasikpatients-have-eye-problems-after-surgery.html
Boer, M. d. (2002). Ontdek je blinde vlek. Retrieved from
http://www.sciencespace.nl/leven-en-natuur/artikelen/2942/ontdek-je-blinde-vlek
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 , 15-25.
Broeke, A. t. (2006, maart 20). Optische illusies: hoe je brein je voor de gek houdt .
Retrieved from http://www.nemokennislink.nl/publicaties/optische-illusies-hoe-jebrein-je-voor-de-gek-houdt
Chaffin, T. (2011, juni 9). Voltage & Amperage Guide for your CCTV Cameras .
Retrieved from http://www.2mcctv.com/blog/2011_06_09-voltage-amperage-guidefor-your-cctv-cameras/
Cobb, K. (2010, september 8). SMU leads $5.6M research center for fiber optic
interface to link robotic limbs, human brain. Retrieved from
http://blog.smu.edu/research/2010/09/08/smu-leads-5-6m-research-center-for-fiberoptic-interface-to-link-robotic-limbs-human-brain/
Cohen, E. (n.d.). 13.2 Prosthetic interfaces with the visual system: biological issues.
Retrieved from http://webvision.instead-technologies.com/prosthetic-interfaces-withthe-visual-system-biological-issues-ethan-cohen/
Commotion. (n.d.). Learn Wireless Basics. Retrieved november 16, 2016, from
https://commotionwireless.net/docs/cck/networking/learn-wireless-basics/
Coninck, J. d. (2016, januari). Dissectie van het oog. Retrieved september 14, 2016,
from http://images.slideplayer.nl/27/9291884/slides/slide_7.jpg
Dekker, E. (2016, mei). H7: Cellen om te zien, horen, ruiken en proeven. Retrieved
from blogimages.bloggen.be/tplessius/attach/113807.pdf
Delbeke, J. (2011). Electrodes and Chronic Optic Nerve Stimulation. Biocybernetics
and Biomedical Engineering (vo 31, is 3.), 81-94.
Delbeke, J., Oozeer, M., & Veraart, C. (2003, april). Position, size and luminosity of
phosphenes generated by direct optic nerve stimulation [elektronische versie]. Vision
Research , 1091-1102.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
94
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
http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6616827/
Digikey. (n.d.). Batteries Non-Rechargeable (Primary). Retrieved november 24, 2016,
from http://www.digikey.nl/product-search/en/battery-products/batteries-nonrechargeableprimary/394467?FV=38009e%2C800026%2Cfff40006%2Cfff804e3&mnonly=0&newpr
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/11245/2.36423
Dijk, J. v. (2013, oktober 1). Hoe komt het dat wij kleur kunnen zien? Retrieved from
http://www.omgevingspsycholoog.nl/kleuren-zien/
DroneRacingAmerica. (n.d.). Usmile® 12V 1000TVL 1/3 CCD 170 degree Wide Angle
Fisheye Lens HD FPV Camera. Retrieved november 14, 2016, from
http://droneracingamerica.com/product/usmile-12v-1000tvl-13-ccd-170-degreewide-angle-fisheye-lens-hd-fpv-camera/
Drummond, K. (2011, november 3). Lasers Power Pentagon’s Next-Gen Artificial Limbs
[online versie]. Wired , URL: https://www.wired.com/2011/11/fiber-optic-prosthetics.
ECVV. (n.d.). 520TVL Mini CCTV Camera (0.008lux;16X16X10.5mm) MC493 . Retrieved
november 2016, 14, from http://www.ecvv.com/company/3rdeye/products.html
Erasmus Universiteit Rotterdam. (2015, september 21). Brain and Cognition:
Perception (Erasmus Universiteit Rotterdam). Retrieved from
https://www.studeersnel.nl/nl/document/erasmus-universiteit-rotterdam/brain-andcognitionperception/samenvattingen/samenvatting/294309/view?auth=1&auth_prem=0&new
_title=0
Eyescan. (2016). Harde oogrok en vaatvlies. Retrieved Oktober 20, 2016, from
http://www.eyescan.nl/oogzorg/het-oog/oogrok-en-vaatvlies
Frenzel, L. (2012, oktober 11). The Fundamentals Of Short-Range Wireless
Technology. Retrieved from
http://electronicdesign.com/communications/fundamentals-short-range-wirelesstechnology
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), 46-50.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
95
Groenendijk, V. (2013, juni 26). Blinde vrouw kan als eerste in Nederland weer zien
door chip. De Volkskrant , pp. Geraadpleegd van:
http://www.volkskrant.nl/wetenschap/blinde-vrouw-kan-als-eerste-in-nederlandweer-zien-door-chip~a3465119/.
Hamzelou, J. (2015, december 21). Bionisch oog geeft blinden basaal
gezichtsvermogen. New Scientist , Geraadpleegd via:
https://newscientist.nl/nieuws/bionisch-oog-geeft-blinden-basaalgezichtsvermogen/.
Hendriks, L. (2015, augustus 31). Hoe ontstaat een regenboog? Retrieved from
http://www.heel.al/2015/08/31/Hoe-ontstaat-een-regenboog/
Het Oogziekenhuis Rotterdam. (2016). Operatieve verwijdering van het oog en een
kunstoog. Retrieved from https://www.oogziekenhuis.nl/overzicht-aandoeningen-enbehandelingen/operatieve-verwijdering-van-het-oog-en-een-kunstoogbehandelingen.html
Hoorzaken. (n.d.). Cochleair implantaat (CI). Retrieved september 8, 2016, from
Hoorzaken.nl: http://www.hoorzaken.nl/hoorverbetering/cochleair-implantaat/
HowStuffWorks. (2001). How Cell-phone Radiation Works. Retrieved from
http://electronics.howstuffworks.com/cell-phone-radiation1.htm
Humayun, M. S. (2013, mei 13). Artificial Sight: Restoration of Sight through Use of
Argus II, a Bioelectronic Retinal Implant. Retrieved from
http://www.dana.org/Publications/ReportOnProgress/Artificial_Sight_Restoration_of_S
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
10 2016, 15, from http://wetenschap.infonu.nl/diversen/17113-zintuigen-het-oogneurale-functie-van-de-retina.html
Kapteyn, L. (2011, maart). Neuronen, synapsen en receptoren. Retrieved from
http://www.audiologieboek.nl/htm/hfd6/6-1-1.htm#6113
Karin. (2011, oktober 10). De werking van oogspieren. Retrieved from
http://volzicht.nl/VolZichtmethode/hoe-zien-ogen/oogspieren/
KNO. (2016). Cochleair implantaat. Retrieved from
http://www.kno.nl/index.php/patienten-informatie/oor/cochleair-implantaat/
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
96
Koen, V. (2014, oktober). Stimulating Vision. Retrieved from http://www.thescientist.com/images/Oct2014/pg35_Eye.jpg
Kunjukunju, N., Sakaguchi, H., Kamei, M., & Quiroz-Mercado, H. (2016, oktober 21).
Atrifical Vision. Retrieved from http://entokey.com/artificial-vision-2/
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
http://www.audiologieboek.nl/htm/hfd9/9-5-1.htm#niveau2
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), 51-73.
Lister Hill National Center for Biomedical Communications. (2017, januari 17). isolated
ectopia lentis. Retrieved from https://ghr.nlm.nih.gov/condition/isolated-ectopialentis#sourcesforpage
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: http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/41052/title/The-BionicEye/.
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.
494-505.
Mairembam, R. (2014, mei 17). Artifical eye. Retrieved from
http://www.slideshare.net/rakeshmairembam/artificial-eye34800293?next_slideshow=1
Mary, R. (2010). Wireless Communication and types. Retrieved from
http://www.engineersgarage.com/articles/wireless_communication?page=1
MRI Questions. (n.d.). The MR Signal: Details. Retrieved november 2016, 16, from
http://mriquestions.com/signal-squiggles.html
Nader, N. (2002, juni 15). Subretinal prostheses show promise in preliminary studies,
author says [elektronsiche versie]. Healio , pp. URL:
http://www.healio.com/ophthalmology/retina-vitreous/news/print/ocular-surgerynews/%7B13f9d818-8843-4d05-b579-15a8afb5ff2d%7D/subretinal-prostheses-showpromise-in-preliminary-studies-author-says.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
97
Nelissen, M. (1997). Introductie tot de gedragsbiologie. Leuven/ Apeldoorn: Mark
Nelissen & Garant Uitgevers bv.
Neurokids. (2009). In het oog. Retrieved from http://neurokids.nl/verken/zien/in-hetoog/
NIDEK CO., LTD. Eye & Healthcare. (n.d.). Types of Visual Prostheses. Retrieved
november 9, 2016, from https://www.nidekintl.com/aboutus/artificial_sight/about_artificial_sight/type.html
Nijs, D. (2013). Strabisme. Retrieved from http://www.oamm.be/dienstendetail.aspx?ID=strabisme
Nishida, K. (2016, februari 26). Artificial vision by Direct Optic Nerve Electrode (AV-
DONE). Retrieved from http://atlasofscience.org/artificial-vision-by-direct-opticnerve-electrode-av-done/
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
http://www.oogartsen.nl/oogartsen/zenuwen_oogkas/oogzenuw_bouw_functie_herse
nzenuwen/
Oogartsen.nl. (n.d.). Hangend of laagstand van het bovenooglid. Retrieved januari 12,
2017, from
http://www.oogartsen.nl/oogartsen/oogleden/hangend_bovenooglid_ptosis/
Oogartsen.nl. (n.d.). Verwijderen van het oog (enucleatie) en Kunstoog. Retrieved
from
http://www.oogartsen.nl/oogartsen/zenuwen_oogkas/verwijderen_oog_kunstoog/
Oogfonds. (2016). De oogspieren. Retrieved from https://oogfonds.nl/alles-overogen/anatomie-van-het-oog/oogspieren/#
Oogziekenhuis OMC Amsterdam. (n.d.). Behandeling. Retrieved from
http://oogziekenhuis.me/Retinoblastoom/Behandeling.html
OPCI. (2016). Hoe werkt een cochleair implantaat? Retrieved from
http://www.opciweb.nl/ci/hoe-werkt-het/
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
98
Orcutt, M. (2015, augustus 7). How Well Can Bionic Eyes See? Retrieved from
https://www.technologyreview.com/s/539976/how-well-can-bionic-eyes-see/
Ouwerkerk, R. (n.d.). Kleur waarnemen. Retrieved september 25, 2016, from
http://www.natuurkunde.nl/opdrachten/1771/kleur-waarnemen
Perez Fornos, A. (2012). Temporal properties of visual perception on electrical.
Investigative Ophthalmology & Visual Science (vol. 53, no. 6), 2720-31.
Prophet, G. (2015, november 6). Ultra-compact CMOS endoscopy camera recognised
with award. Retrieved from http://www.edn-europe.com/news/ultra-compact-cmosendoscopy-camera-recognised-award
PurpleLinda Crafts. (n.d.). Polystyrene Balls Eggs Rings - Styrofoam Shapes. Retrieved
januari 12, 2017, from http://www.purplelindacrafts.co.uk/polystyrene-balls-eggsrings---styrofoam-shapes-486-c.asp
Radboud Universitair Medisch Centrum. (2015, september). Operatieve verwijdering
van het oog (enucleatie). Retrieved from
www.erasmusmc.nl/cs.../2419534/.../0000069-02_11iBehandeling
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
http://www.nemokennislink.nl/publicaties/horen-met-een-bionisch-oor
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, 3026.
Scholte, G., & Marree, I. (1999). Het zenuwstelsel . Retrieved oktober 16, 2016, from
http://www.bioplek.org/animaties/zenuwstelsel/zenuwennieuw.html
Second Sight. (2016). How Is Argus® II Designed To Produce Sight? Retrieved from
http://www.2-sight.com/how-is-argus-r-ii-designed-to-produce-sight-en.html
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
https://www.quora.com/How-is-NFC-better-than-Bluetooth
Smit, N. (2014). De ogen Paragraaf 5. Gezichtszintuig • De gezichtszintuigcellen
bevinden zich in de ogen. Retrieved from http://slideplayer.nl/slide/1902167/
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.
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
99
Sparkfun. (n.d.). Light / imaging. Retrieved november 14, 2016, from
https://www.sparkfun.com/categories/102
Spirituele Regressie. (2016). Regressie- en reïncarnatietherapie (RRT) op oog- en
zichtproblemen. Retrieved oktober 18, 2016, from http://www.spiritueleregressie.nl/oogregressi/
Staal, A. (2009, juli 2). Wimpers, functioneel en mooi. Retrieved from http://mens-engezondheid.infonu.nl/beauty/38652-wimpers-functioneel-en-mooi.html
Stronks, H. C., & Dagnelie, G. (2013, november 22). The functional performance of the
Argus II retinal prosthesis. Retrieved from
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3926652/
Sylmar, C. (2016, februari 23). Second Sight to Announce Five-Year Data from Argus II
Clinical Trial Program. Retrieved from
http://www.businesswire.com/news/home/20160223005772/en/Sight-AnnounceFive-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
http://www.global.tdk.com/news_center/press/201509291937.htm
TechnologyUK. (n.d.). Digital Signals. Retrieved from
https://www.technologyuk.net/telecommunications/telecom-principles/digitalsignals.shtml
Universe Review. (n.d.). Nervous System. Retrieved januari 23, 2017, from
https://universe-review.ca/R10-16-ANS12.htm
Urban, G. (2007). BioMEMS. Dordrecht: Springer.
Veerman, E. (2001, oktober 12). Voortgang in het slakkenhuis. Retrieved from
http://www.nemokennislink.nl/publicaties/vooruitgang-in-het-slakkenhuis
Veraart, C. e. (1998). Visual sensations produced by optic nerve stimulation using an
implanted [elektronische versie]. Brain Research (813), 181-186.
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 http://washingtonotology.com/hearing/cochlear-implants/
Weerstandcalculator. (n.d.). Kleurcodering van weerstanden. Retrieved december 2,
12, from http://www.weerstandcalculator.nl/
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
100
What-when-how. (n.d.). Visual System (sensory System) Part 2. Retrieved from
http://what-when-how.com/neuroscience/visual-system-sensory-system-part-2/
Wikipedia. (2016, augustus 22). Neurotransmitter. Retrieved 10 2016, 16, from
https://nl.wikipedia.org/wiki/Neurotransmitter
Wikipedia. (n.d.). Oogprothese. Retrieved oktober 20, 2016, from
https://nl.wikipedia.org/wiki/Oogprothese
Yorku. (n.d.). Convergence. Retrieved september 15, 2016, from
http://www.yorku.ca/eye/converg.htm
Zandbergen, P. (n.d.). Short-Range Wireless Communication: Bluetooth, ZigBee &
Infrared Transmission. Retrieved from http://study.com/academy/lesson/short-rangewireless-communication-bluetooth-zigbee-infraredtransmission.html#transcriptHeader
Zrenner, E. (2010, november 3). Retinal implant allows blind patients to recognize
letters and words. Retrieved from http://www.medizin.unituebingen.de/Presse_Aktuell/Pressemeldungen/2010_11_03-port-10011-p29621.html
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
101
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 106
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
102
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
103
LOGBOEK PROBLEMEN, OPLOSSING EN OPMERKINGEN
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
104
© copyright.
Voor verspreiding van informatie uit dit profielwerkstuk moet er eerst toestemming aan de auteur
worden gevraagd: Nadine Duursma. Email: [email protected].
CG- Eye profielwerkstuk
Nadine Duursma, College Hageveld
2017
105