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Un nuevo implante para ciegos se conecta directamente al cerebro

Los investigadores lograron prescindir del uso de los ojos, instalando un implante en el cerebro que proporciona una visi贸n rudimentaria.




"Alli", dice Bernardeta G贸mez en su espa帽ol nativo, se帽alando una gruesa l铆nea negra que corre a lo largo de una hoja blanca de cart贸n ubicada a un brazo de distancia de ella. "All铆".

No es un logro muy impresionante para una mujer de 57 a帽os, solo G贸mez es ciego. Y no lo ha visto en m谩s de diez a帽os. Cuando ten铆a 42 a帽os, la neuropat铆a 贸ptica t贸xica destruy贸 los nervios que conectaban los ojos de G贸mez con el cerebro, y perdi贸 completamente la vista. Ella ni siquiera puede reconocer la luz.

Pero despu茅s de 16 a帽os de oscuridad, G贸mez recibi贸 una ventana de seis meses durante la cual pudo ver una apariencia del mundo que la rodeaba en muy baja resoluci贸n, representada por puntos y figuras de color blanco amarillento. Esto fue posible gracias a las gafas modificadas con una peque帽a c谩mara. El dispositivo est谩 conectado a una computadora que procesa la imagen en tiempo real y la convierte en se帽ales el茅ctricas. Un cable que cuelga del techo conecta el sistema a un conector integrado en la parte posterior de la cabeza de G贸mez, conectado a un implante con 100 contactos, colocado en la corteza visual de la parte posterior de su cerebro.


Bernarda G贸mez en gafas con una c谩mara. Desafortunadamente, el implante ya fue sacado de su cerebro, mientras que este es un dispositivo temporal.

Con la ayuda del dispositivo, Gomez distingui贸 las l谩mparas de techo, las formas m谩s simples impresas en papel y las personas. Incluso jug贸 un juego simple como Pac-Man en una computadora que 茅l proyect贸 directamente en su cerebro. Cuatro d铆as a la semana durante el experimento, G贸mez llev贸 a su esposo vidente al laboratorio, donde ella estaba conectada al sistema.

El primer momento de ganar visi贸n G贸mez a finales de 2018 fue la culminaci贸n de d茅cadas de investigaci贸n realizada por Eduardo Fern谩ndez, director del departamento de neuroingenier铆a de la Universidad. Miguel Hern谩ndez en Elche, Espa帽a. Su objetivo es restaurar la visi贸n a la mayor铆a de los 36 millones de personas ciegas de todo el mundo que desean volver a ver. El enfoque de Fern谩ndez es especialmente interesante porque no usa los ojos ni los nervios 贸pticos.

Investigaciones anteriores se llevaron a cabo para intentar restaurar la visi贸n mediante la creaci贸n de un ojo artificial o retina. El enfoque funcion贸, pero en la mayor铆a de los ciegos, como G贸mez, el sistema nervioso que conecta la retina con la parte posterior del cerebro est谩 da帽ado. Un ojo artificial no resolver谩 el problema de su ceguera. Por lo tanto, en 2015, Second Sight, en 2011 en Europa y en 2013 en EE. UU., Que recibi贸 permiso para vender retina artificial para una enfermedad rara, la retinitis pigmentosa, cambi贸 el trabajo de dos d茅cadas desde la retina hasta la corteza cerebral. Second Sight dice que la retina artificial Argus II ahora es utilizada por poco m谩s de 350 personas.

Durante mi 煤ltima visita a la ciudad punteada de palmeras de Elcho, Fern谩ndez me dijo que los avances en la tecnolog铆a de implantes y una mejor comprensi贸n del sistema visual humano le permiten cambiar con confianza para trabajar directamente con el cerebro. "La informaci贸n en el sistema nervioso no es diferente de la informaci贸n en un dispositivo electr贸nico", dice.

Restaurar la visi贸n enviando se帽ales directamente al cerebro es una tarea ambiciosa. Sin embargo, sus principios b谩sicos se han utilizado en implantes m茅dicos electr贸nicos en humanos durante d茅cadas. "Hoy", explica Fern谩ndez, "hay muchos dispositivos electr贸nicos que interact煤an con el cuerpo humano. Por ejemplo, marcapasos. Si hablamos de los sentidos, entonces tenemos implantes cocleares ".


Eduardo Fern谩ndez

El 煤ltimo dispositivo mencionado es la versi贸n auditiva de la pr贸tesis creada por Fern谩ndez para G贸mez: un micr贸fono externo y un sistema de procesamiento que transmite una se帽al digital al implante ubicado en el o铆do interno. Los electrodos del implante env铆an pulsos de corriente a los nervios cercanos, que el cerebro interpreta como sonido. El implante coclear, introducido por primera vez al paciente en 1961, permite que m谩s de medio mill贸n de personas en todo el mundo se comuniquen normalmente en modo cotidiano.

"Berna fue nuestro primer paciente, pero en los 煤ltimos a帽os hemos implantado a cinco personas ciegas m谩s", dice Fern谩ndez, un nombre de G贸mez. "Hicimos experimentos similares en animales, pero un gato o un mono no pueden explicar lo que ven".

Y Berna es capaz.

Para participar en este experimento se necesitaba valor. Para instalar el implante, se requiri贸 una operaci贸n quir煤rgica en el cuerpo, que generalmente es saludable, y esto siempre es un riesgo. Y luego fue necesario retirarlo despu茅s de seis meses, ya que la pr贸tesis no estaba aprobada para el uso a largo plazo.

Convulsiones y fosfenos


Antes de ver a G贸mez, ya la escucho. Ella tiene una voz de mujer, diez a帽os m谩s joven que su edad real. Las palabras en el discurso son pesadas, la voz es suave, las entonaciones son c谩lidas, seguras e incluso.

Al verla en el laboratorio, not茅 que G贸mez se familiariz贸 tanto con el plano de planta que apenas necesita ayuda para moverse por el pasillo y las habitaciones vecinas. Cuando vengo a ella para saludarla, su rostro se dirige primero en la direcci贸n equivocada hasta que le digo "hola". Cuando le doy una mano para saludarla, su esposo env铆a su pincel al m铆o.

Hoy, G贸mez lleg贸 a la resonancia magn茅tica cerebral para evaluar su condici贸n seis meses despu茅s de la extracci贸n del implante (al final, todo est谩 bien). Tambi茅n se encuentra con un posible segundo paciente que lleg贸 all铆, que tambi茅n est谩 presente durante mi visita. En alg煤n momento, cuando Fern谩ndez explica c贸mo se conecta el equipo al cr谩neo, G贸mez interrumpe la discusi贸n, se inclina y presiona la mano del paciente potencial contra su nuca, donde hab铆a un conector de metal. Hoy, pr谩cticamente no hay evidencia de puerto. Seg煤n ella, la cirug铆a fue tan f谩cil que al d铆a siguiente lleg贸 al laboratorio para conectarse y comenzar el experimento. Desde entonces, ella no ha tenido problemas ni dolores.

G贸mez tiene suerte. La larga historia de experimentos que condujeron a su implantaci贸n exitosa tiene un pasado mixto. En 1929, el neur贸logo alem谩n Otfried F枚rster descubri贸 que pod铆a hacer que apareciera un punto blanco en el campo de visi贸n del paciente al introducir un electrodo en la corteza visual del cerebro durante la cirug铆a. Llam贸 a este fen贸meno fosfeno . Desde entonces, los cient铆ficos y autores de las novelas de NF han imaginado el potencial de las pr贸tesis que conectan la c谩mara y la computadora al cerebro. Algunos investigadores incluso han creado sistemas rudimentarios de este tipo.

A principios de la d茅cada de 2000, la hip贸tesis se hizo realidad cuando un investigador biom茅dico exc茅ntrico, William Dobel, instal贸 una pr贸tesis similar en la cabeza de un paciente experimental.

En 2002, el escritor Stephen Kotler observ贸 con horror c贸mo Dobel elevaba su tensi贸n y el paciente ca铆a al suelo en un ataque. Result贸 que al cerebro no le gusta la estimulaci贸n demasiado fuerte con demasiada corriente. Los pacientes de Dobel tambi茅n tuvieron problemas con las infecciones. Pero al mismo tiempo, Dobel publicit贸 su dispositivo voluminoso casi como si estuviera listo para el uso diario, complementando el anuncio con un video en el que un ciego conduce lenta e inciertamente un autom贸vil en un estacionamiento cerrado. Despu茅s de la muerte de Dobel en 2004, su pr贸tesis tambi茅n se fue con 茅l.

A diferencia de Dobel, quien afirm贸 tratar la ceguera, Fern谩ndez constantemente dice cosas como "No quiero darte esperanza en vano" y "esperamos tener un sistema que sea adecuado para usar, pero por ahora estamos llevando a cabo experimentos tempranos".

Pero G贸mez en realidad pudo ver.

Cama de clavos


Si la idea b谩sica de devolver la visi贸n de G贸mez es bastante simple: conectamos la c谩mara al cable de video que conduce al cerebro, entonces sus detalles no son nada simples. Fern谩ndez y el equipo primero tuvieron que lidiar con la conexi贸n de la c谩mara. 驴Qu茅 se帽al emite la retina humana? Intentando responder a esta pregunta, Fern谩ndez toma la retina de las personas que han muerto recientemente, la conecta a los electrodos, la ilumina y mide la corriente. Su laboratorio trabaja en estrecha colaboraci贸n con los hospitales locales, desde donde a veces pueden llamar de noche, informando la muerte de un donante de 贸rganos. La retina humana puede mantenerse viva durante no m谩s de siete horas. Su equipo tambi茅n utiliza el aprendizaje autom谩tico para unir las se帽ales el茅ctricas de la retina con im谩genes visuales simples, lo que les ayuda a escribir software que simula autom谩ticamente este proceso.

El siguiente paso es tomar esta se帽al y entregarla al cerebro. En la pr贸tesis creada por Fern谩ndez para G贸mez, el cable est谩 conectado a un implante del conocido esquema , la " matriz de Utah ", que es aproximadamente del tama帽o de un peque帽o punto en el extremo positivo de una bater铆a AAA. De ella sobresalen 100 electrodos afilados de un mil铆metro de altura: todo junto parece un lecho de clavos. Cada electrodo suministra corriente a varias neuronas, de una a cuatro. Al instalar un implante, los electrodos perforan la superficie del cerebro; Cuando se eliminan, se forman 100 peque帽as gotas de sangre en los agujeros.



Fern谩ndez necesitaba calibrar los electrodos de uno en uno, envi谩ndoles se帽ales con un voltaje gradualmente creciente, hasta que G贸mez dijo d贸nde y cu谩ndo vio el fosfeno. La calibraci贸n de los cien electrodos completos tom贸 m谩s de un mes.

"La ventaja de nuestro enfoque es que los electrodos de la matriz ingresan al cerebro y est谩n cerca de las neuronas", dice Fern谩ndez. Esto permite que el implante proporcione visi贸n utilizando corrientes mucho m谩s bajas en comparaci贸n con el sistema Dobel, lo que reduce dr谩sticamente el riesgo de convulsiones.

La gran desventaja de la pr贸tesis, y la raz贸n principal por la que a Gomez no se le permiti贸 caminar con la pr贸tesis durante m谩s de seis meses, es que nadie sabe cu谩nto tiempo pueden existir los electrodos antes de que el implante o el cerebro del usuario comience a degradarse. "El sistema inmunitario del cuerpo comienza a descomponer los electrodos y los rodea con tejido cicatricial, lo que debilita la se帽al", dijo Fern谩ndez. Tambi茅n existe el problema de doblar electrodos durante los movimientos humanos. A juzgar por los experimentos con animales y los primeros resultados del uso de la pr贸tesis de G贸mez, sospecha que el esquema actual puede durar de dos a tres a帽os, posiblemente hasta diez a帽os, antes de fallar. Fern谩ndez espera que las peque帽as ediciones ayuden a estirar este per铆odo durante varias d茅cadas, lo cual es cr铆tico para el equipo m茅dico que requiere intervenci贸n quir煤rgica.

Finalmente, la pr贸tesis, como un implante coclear, deber谩 transmitir se帽ales y energ铆a de forma inal谩mbrica a trav茅s del cr谩neo. Pero por ahora, para los experimentos, la pr贸tesis est谩 conectada a trav茅s de un cable, lo que deja m谩s oportunidades para actualizar el equipo antes de detenerse en un cierto esquema de operaci贸n.

Con una resoluci贸n de 10x10 p铆xeles, el potencial m谩ximo para el implante G贸mez, se puede distinguir entre formas b谩sicas como letras, una puerta o una acera. Con los contornos de la cara y especialmente los detalles de la cara de la persona, es cada vez m谩s complicado. Por lo tanto, Fern谩ndez complement贸 su sistema con un programa de reconocimiento de patrones que determina la personalidad de una persona y env铆a un patr贸n de fosfenos al cerebro de G贸mez, que ella aprendi贸 a reconocer.

En una diapositiva de una presentaci贸n de tecnolog铆a, Fern谩ndez escribe que "la visi贸n es posible" con una resoluci贸n de 25x25 p铆xeles. Y dado que en la versi贸n actual, la matriz de Utah es tan peque帽a y requiere tan poca energ铆a, Fern谩ndez dice que no hay limitaciones t茅cnicas que impidan que su equipo instale cuatro o seis implantes desde diferentes lados del cerebro, lo que dar铆a una visi贸n con una resoluci贸n de 60x60 p铆xeles o m谩s. Y, sin embargo, nadie sabe cu谩nta informaci贸n proveniente de este tipo de dispositivos puede ser absorbida por el cerebro sin sobrecargas.

C贸mo se ve



Fern谩ndez y su estudiante de posgrado con una c谩mara prototipo conectada a una computadora,

G贸mez me dijo que si tuviera que elegir, dejar铆a el implante y ser铆a la primera en la fila para su versi贸n actualizada. Cuando Fern谩ndez haya terminado de analizar su conjunto, G贸mez planea ponerlo en un marco y colgarlo en la pared de la sala de estar.

En el laboratorio de Fern谩ndez, me ofrece conectarme a un dispositivo no invasivo que usa para estudiar pacientes.

Sentada en la misma silla de cuero en la que se encontraba G贸mez el a帽o pasado durante un experimento innovador, siento c贸mo un neurocient铆fico est谩 presionando una varita con dos anillos en mi cabeza a un lado. Este dispositivo, una "bobina de mariposa", est谩 conectado a una caja que excita las neuronas en el cerebro mediante potentes pulsos electromagn茅ticos. Este fen贸meno se llamaestimulaci贸n magn茅tica transcraneal . El primer impulso es como una descarga el茅ctrica en el cuero cabelludo. Dedos involuntariamente cavan en la palma. "隆Mira, funciona!" - se r铆e G贸mez. 鈥淓sta es tu corteza motora. Ahora tratemos de llamarte fosfenos ".

El neurobi贸logo cambia la posici贸n de la varita y ajusta la m谩quina a pulsos que se repiten r谩pidamente. Esta vez, despu茅s de comenzar, siento un hormigueo en la parte posterior de mi cabeza, como si alguien estuviera usando mi cr谩neo como un llamador a la puerta. Luego, aunque tengo los ojos abiertos, veo algo extra帽o: una l铆nea horizontal brillante que parpadea en el centro de mi campo de visi贸n, as铆 como dos tri谩ngulos luminosos llenos de algo parecido a una imagen en un televisor en ausencia de una se帽al. La imagen desaparece tan r谩pido como apareci贸, dejando un ligero resplandor.

"Casi lo mismo que Berna puede ver", dice Fern谩ndez. Solo su "visi贸n" del mundo permanece m谩s estable mientras una se帽al ingrese al cerebro. Tambi茅n podr铆a girar la cabeza y usar anteojos para mirar alrededor de la habitaci贸n. Solo vi los fantasmas internos del cerebro, estimulados por la electricidad. G贸mez pudo alcanzar y tocar el mundo que estaba viendo por primera vez en 16 a帽os.

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