Мигание кажется простым мгновенным рефлексом, однако лежащие в основе механизмы гораздо сложнее. Без нормальной функции века глаз становится сухим, раздражённым и постепенно теряет чёткость зрения. Исследователи из UCLA — биомеханики и офтальмологи — провели детальное изучение активности мышцы, отвечающей за мигание, открыв путь к созданию продвинутых нейропротезов, помогающих восстановить функцию моргания.
Исследовательская работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сосредоточилась на мышце orbicularis oculi, контролирующей движение век. Было обнаружено, что эта мышца сокращается сложными специфическими паттернами, обеспечивающими более сложную и точную работу век, чем ранее предполагалось.
По словам Тэйлера Клайта, доктора философии, ведущего автора исследования и ассистента профессора механического и аэрокосмического инженерии Школы инженерных наук Сэмюэля Уайли Калифорнийского университета Лос-Анджелеса, различные части мышцы активируются в строго определённой последовательности в зависимости от выполняемой функцией глаза. До настоящего момента такая степень контроля мышц была неизвестна в человеческом веке.
Пять типов закрытия век
Изучение показало пять различных видов закрытия век:
- Спонтанное мигание — бессознательное моргание, естественным образом увлажняющее глаз.
- Волевое мигание — преднамеренное моргание, такое как команда моргнуть.
- Рефлекторное мигание — быстрое непроизвольное моргание, предназначенное защитить глаз от воздействия внешних факторов.
- Гладкое закрытие — мягкое медленное опускание века, как во время засыпания.
- Принудительное закрытие — сознательный сильный зажим век.
Точное картирование мышечной активности век
Для точного измерения мышечной активности учёные использовали электроды, вставленные хирургическим путём в веко, и систему захвата движений, фиксирующую мельчайшие движения в замедленном режиме. Это позволило отслеживать скорость, направление и инициацию каждой фазы мигания различными участками мышцы.
Д-р Даниэль Рутман, один из авторов исследования, доцент кафедры офтальмологии Медицинской школы Дэвида Геффена Калифорнийского университета Лос-Анджелеса и директор Центра орбитальных заболеваний UCLA, отметил, что пациенты теряют способность моргать вследствие инсульта, опухоли, инфекции или травмы. В краткосрочной перспективе это вызывает боль, а в долгосрочной — повреждение глаз, приводящее к потере зрения. Учёные знают, что небольшой электрический импульс способен стимулировать orbicularis oculi, однако до сих пор создание эффективного стимулятора представляло серьёзную проблему. Теперь же исследователи получили подробную карту размещения электродов, временных интервалов и силы импульса, необходимых для разработки и тестирования протеза, способствующего восстановлению естественного моргания.
Перспектива восстановления естественной способности моргать
На основании полученных биомеханических данных группа учёных сможет улучшить прототипы нейропротезов для пациентов, утративших способность моргать, например, людей с параличом лица.
Доктор Джинъюнг Ким, первый автор исследования и докторский студент Калифорнийского университета Лос-Анджелеса, заявил, что понимание работы век является ключевым элементом проектирования точного шаблона стимуляции для протеза, а также диагностической помощи пациентам.
