Transplantul de creier oferă femeilor nevăzătoare vederea artificială în primul rând în știință

Implantarea unui „costum optic” direct în creier a permis unei femei oarbe să perceapă forme și litere 2D pentru prima dată în 16 ani.

Cercetătorii americani din spatele acestui progres masiv în protetică au publicat recent rezultatele studiilor lor, prezentând descoperiri care ar putea ajuta la revoluționarea modului în care îi ajutăm pe cei care nu mai văd niciodată vederea.

La 42 de ani, Berna Gomez s-a dezvoltat Neuropatie optică toxică, o afecțiune medicală dăunătoare care a distrus rapid nervii optici care îi leagă ochii de creier.

În câteva zile, fețele celor doi copii ai lui Gomez și ale soțului ei dispăruseră în întuneric, iar cariera ei de profesoară de științe a luat un sfârșit neașteptat.

Apoi, în 2018, la vârsta de 57 de ani, Gomez a luat o decizie curajoasă. Ea s-a oferit voluntar pentru a fi prima persoană care are un electrod minuscul cu o sută de ace microscopice implantate în zona vizuală a creierului ei. Prototipul nu ar fi mai mare de un ban, aproximativ 4 mm pe 4 mm, și va fi îndepărtat din nou șase luni mai târziu.

Spre deosebire de implanturile retiniene, care sunt explorate ca o modalitate de a folosi artificial lumina pentru a stimula nervii care părăsesc retina, acest dispozitiv special, cunoscut sub numele de Moran | Proteza Cortivis, ocolește complet ochiul și nervul optic și merge direct la sursa percepției vizuale.

După ce a suferit o neurochirurgie pentru implantarea dispozitivului în Spania, Gomez și-a petrecut următoarele șase luni mergând la laborator în fiecare zi, timp de patru ore, pentru a fi supus testelor și antrenamentelor privind noua proteză.

Primele două luni și-a petrecut aproape ca Gomez să facă diferența între pâlpâirile spontane de lumină pe care le vede încă uneori în mintea ei și punctele de lumină care au rezultat din stimularea directă a protezei ei.

Odată ce poate face asta, cercetătorii pot începe să-i prezinte provocări vizuale reale.

Când un electrod din proteza ei a fost stimulat, Gomez a raportat că a „văzut” o furnicătură de lumină cunoscută sub numele de fosfină. În funcție de puterea stimulului, pata de lumină poate fi mai strălucitoare, mai slabă, albă sau cu un ton mai întunecat.

Când mai mult de doi electrozi au fost stimulați simultan, lui Gomez i-a fost mai ușor să perceapă punctele de lumină. Unele modele de stimulare păreau puncte convergente, în timp ce altele păreau mai degrabă linii orizontale.

— Pot să văd ceva! Gomez exclama Când te uiți la o dungă albă din creierul ei în 2018.

Dunările verticale au fost cele mai greu de indus de către cercetători, dar până la sfârșitul antrenamentului, Gomez a reușit să distingă corect între modelele orizontale și verticale cu o precizie de până la 100%.

O matrice de electrozi în Utah în acțiune. (Centrul pentru ochi John A. Moran de la Universitatea din Utah)

„În plus, subiectul a raportat că percepția avea forme mai alungite atunci când am mărit distanța dintre electrozii de stimulare.” scrie pe hârtia lor.

„Acest lucru sugerează că dimensiunea și aspectul fosfinei nu sunt doar o funcție a numărului de electrozi stimulați, ci și a distribuției lor spațiale…”

Având în vedere aceste rezultate promițătoare, ultima lună a experimentului a fost folosită pentru a verifica dacă Gomez putea „vedea” scrisorile folosind proteza ei.

Când până la 16 electrozi au fost excitați simultan cu modele diferite, Gomez a reușit să recunoască în mod fiabil unele litere precum I, L, C, V și O. Ea a reușit chiar să diferențieze între O majusculă și o literă mică.

Modelele de stimulare necesare pentru restul alfabetului sunt încă necunoscute, dar rezultatele sugerează că modul în care stimulăm neuronii cu electrozi din creier poate crea imagini bidimensionale.

Partea finală a experimentului l-a implicat pe Gomez purtând ochelari speciali echipați cu o cameră video în miniatură. Această cameră a scanat obiecte din fața ei și apoi a stimulat diferite seturi de electrozi din creierul ei prin intermediul protezei, creând astfel imagini vizuale simple.

Ochelarii i-au permis în cele din urmă lui Gomez să facă distincția între marginile contrastante ale dungilor albe și negre de pe carton. Poate găsi chiar și locația unui pătrat alb mare în jumătatea stângă sau dreaptă a ecranului computerului. Cu cât Gomez exersează mai mult, cu atât devine mai repede.

Rezultatele sunt încurajatoare, dar sunt prezente doar pentru un subiect pe o perioadă de șase luni. Înainte ca acest prototip să devină disponibil pentru utilizare clinică, el trebuie testat la mulți pacienți pentru perioade mult mai lungi.

Alte studii au implantat aceleași rețele de microelectrozi, cunoscute sub numele de rețele de electrozi Utah, în alte părți ale creierului pentru a ajuta la controlul protezei, așa că știm că sunt în siguranță cel puțin pe termen scurt. Dar este încă prea devreme pentru tehnologie, care a stabilit riscuri Scăderea locurilor de muncă În doar câteva luni de la operație.

Pe măsură ce inginerii lucrează pentru a spori fiabilitatea hardware-ului, încă trebuie să știm exact cum să programăm software-ul care interpretează intrarea vizuală.

Anul trecut, cercetătorii de la Colegiul de Medicină Baylor din Houston au introdus un dispozitiv similar într-o parte mai profundă a cortexului vizual. Dintre cei cinci participanți la studiu, dintre care trei erau văzători și doi nevăzători, echipa a descoperit că dispozitivul i-a ajutat pe orbi să urmărească forme simple de litere, cum ar fi W, S și Z.

În cazul lui Gomez, nu a existat nicio dovadă că dispozitivul a provocat moarte neurologică, convulsii sau alte efecte secundare negative, ceea ce este un semn bun și sugerează că microstimularea poate fi utilizată în siguranță pentru a restabili vederea funcțională, chiar și în rândul celor care nu au suferit daune. .reversibilă. la retină sau nervii optici.

„Unul dintre obiectivele acestei cercetări este de a oferi orbilor mai multă mobilitate”, El spune Bioinginer Richard Norman de la Universitatea din Utah.

„Le poate permite să recunoască cu ușurință o persoană, intrări sau mașini. Poate crește independența și securitatea. La asta lucrăm.”

În momentul de față se pare că doar o formă de vedere foarte primitivă poate fi urmărită cu protezele optice, dar cu cât studiem mai mult creierul și aceste organe în rândul oamenilor nevăzători, cu atât putem descoperi mai bine cum se pot reproduce anumite modele de stimulare. Imagini vizuale mai complexe.

Poate că într-o zi, alți pacienți în viitor vor putea urmări întregul alfabet cu această proteză din cauza a ceea ce a făcut Gomez. Alți patru pacienți au stat deja la coadă pentru a încerca dispozitivul.

„Știu că sunt orb și că voi fi mereu orb”, Gomez Ea a spus Într-o declarație de acum câțiva ani.

„Dar am simțit că aș putea face ceva pentru a ajuta oamenii în viitor. Încă mă simt așa”.

Numele lui Gomez este listat ca co-autor pe lucrare pentru toată viziunea și munca ei grea.

Studiul a fost publicat în Journal of Clinical Investigation.