Get best of the week

Um novo implante para cegos se conecta diretamente ao cérebro

Os pesquisadores conseguiram ficar sem o uso dos olhos, instalando um implante no cérebro que fornece visão rudimentar




"Alli", diz Bernardeta Gomez em seu espanhol nativo, apontando para uma grossa linha preta que corre ao longo de uma folha de papelão branca localizada a uma distância de seu braço. "Lá".

Não é uma conquista muito impressionante para uma mulher de 57 anos - apenas Gomez é cego. E ele não vê há mais de dez anos. Quando ela tinha 42 anos, a neuropatia óptica tóxica destruiu os nervos que ligavam os olhos de Gomez ao cérebro, e ela perdeu completamente a visão. Ela não consegue nem reconhecer a luz.

Mas, depois de 16 anos de escuridão, Gomez recebeu uma janela de seis meses, durante a qual ela podia ver uma aparência do mundo ao seu redor em uma resolução muito baixa, representada por pontos e figuras amarelo-brancos. Isso foi possível graças aos óculos modificados com uma pequena câmera. O dispositivo está conectado a um computador que processa a imagem em tempo real e a transforma em sinais elétricos. Um cabo pendurado no teto conecta o sistema a um conector embutido na parte de trás da cabeça de Gomez, conectado a um implante com 100 contatos, colocado no córtex visual da parte traseira do cérebro.


Bernarda Gomez em copos com uma câmera. Infelizmente, o implante já foi retirado de seu cérebro - enquanto este é um dispositivo temporário

Com a ajuda do dispositivo, Gomez distinguiu candeeiros de teto, as formas mais simples impressas em papel e em pessoas. Ela até jogou um jogo simples como o Pac-Man em um computador que ele projetou diretamente em seu cérebro. Quatro dias por semana durante o experimento, Gomez levou o marido avistado ao laboratório, onde ela estava conectada ao sistema.

O primeiro momento de obtenção da visão de Gomez no final de 2018 foi o culminar de décadas de pesquisa realizada por Eduardo Fernandez, diretor do departamento de neuroengenharia da Universidade. Miguel Hernandez em Elche, Espanha. Seu objetivo é restaurar a visão para os 36 milhões de cegos de todo o mundo que gostariam de ver novamente. A abordagem de Fernandez é especialmente interessante porque ele não usa os olhos e os nervos ópticos.

Pesquisas anteriores foram conduzidas em tentativas de restaurar a visão criando um olho ou retina artificial. A abordagem funcionou, mas na maioria dos cegos, como Gomez, o sistema nervoso que liga a retina à parte posterior do cérebro está danificado. Um olho artificial não resolverá o problema de sua cegueira. Portanto, em 2015, a Second Sight, em 2011 na Europa e em 2013 nos EUA, que recebeu permissão para vender retina artificial para uma doença rara, a retinite pigmentosa, mudou o trabalho de duas décadas da retina para o córtex cerebral. Second Sight diz que a retina artificial Argus II agora é usada por pouco mais de 350 pessoas.

Durante minha última visita à cidade de Elcho, repleta de palmeiras, Fernandez me disse que os avanços na tecnologia de implantes e um melhor entendimento do sistema visual humano permitem que ele mude com confiança para trabalhar diretamente com o cérebro. "As informações no sistema nervoso não são diferentes das informações em um dispositivo eletrônico", diz ele.

Restaurar a visão enviando sinais diretamente para o cérebro é uma tarefa ambiciosa. No entanto, seus princípios básicos têm sido usados ​​em implantes médicos eletrônicos em humanos há décadas. “Hoje”, explica Fernandez, “existem muitos dispositivos eletrônicos que interagem com o corpo humano. Por exemplo, marcapassos. Se falamos sobre os sentidos, temos implantes cocleares ".


Eduardo Fernandez

O último dispositivo mencionado é a versão auditiva da prótese criada por Fernandez para Gomez: um microfone externo e um sistema de processamento que transmite um sinal digital para o implante localizado no ouvido interno. Os eletrodos do implante enviam pulsos de corrente aos nervos próximos, que o cérebro interpreta como som. O implante coclear, apresentado pela primeira vez ao paciente em 1961, permite que mais de meio milhão de pessoas em todo o mundo se comuniquem normalmente no modo cotidiano.

"Berna foi nosso primeiro paciente, mas nos últimos dois anos implantamos mais cinco cegos", diz Fernandez, um Gomez de nome. "Fizemos experimentos semelhantes em animais, mas um gato ou um macaco não pode explicar o que vêem."

E Berne é capaz.

Para participar desse experimento era preciso coragem. Para instalar o implante, era necessária uma operação cirúrgica no corpo, o que geralmente é saudável - e isso é sempre um risco. E foi necessário removê-lo após seis meses, pois a prótese não foi aprovada para uso prolongado.

Convulsões e fosfenos


Antes de ver Gomez, eu já a ouço. Ela tem a voz de uma mulher, dez anos mais nova que a idade real. As palavras no discurso são pesadas, a voz é suave, as entonações são quentes, confiantes e uniformes.

Ao vê-la no laboratório, noto que Gomez ficou tão familiarizada com a planta que quase não precisa de ajuda para se movimentar pelo corredor e pelas salas vizinhas. Quando venho a ela para dizer olá, seu rosto é primeiro direcionado na direção errada até eu dizer olá para ela. Quando eu lhe dou uma mão para cumprimentar, seu marido envia seu pincel para o meu.

Hoje, Gomez fez uma ressonância magnética do cérebro para avaliar sua condição seis meses após a remoção do implante (no final, está tudo bem). Ela também se encontra com um segundo paciente em potencial que chegou lá, que também está presente durante a minha visita. Em algum momento, quando Fernandez explica como o equipamento se conecta ao crânio, Gomez interrompe a discussão, se inclina e pressiona a mão do paciente em potencial na nuca, onde havia um conector de metal. Hoje, praticamente não há evidências portuárias. Segundo ela, a cirurgia foi tão fácil que no dia seguinte ela chegou ao laboratório para conectar e iniciar o experimento. Desde então, ela não teve problemas ou dores.

Gomez tem sorte. A longa história de experimentos que levaram à implantação bem-sucedida tem um passado misto. Em 1929, o neurologista alemão Otfried Förster descobriu que ele poderia fazer com que um ponto branco aparecesse no campo de visão do paciente colocando um eletrodo no córtex visual do cérebro durante a cirurgia. Ele chamou esse fenômeno de fosfeno . Cientistas e autores de romances da NF imaginaram o potencial de próteses conectando a câmera e o computador ao cérebro. Alguns pesquisadores até criaram sistemas rudimentares desse tipo.

No início dos anos 2000, a hipótese se tornou realidade quando um pesquisador biomédico excêntrico, William Dobel, instalou uma prótese semelhante na cabeça de um paciente experimental.

Em 2002, o escritor Stephen Kotler assistiu horrorizado quando Dobel aumentou sua tensão e o paciente caiu no chão em um ataque. Verificou-se que o cérebro não gosta de estímulos muito fortes com muita corrente. Os pacientes de Dobel também tiveram problemas com infecções. Mas, ao mesmo tempo, Dobel anunciava seu volumoso dispositivo quase tão pronto para o uso diário, complementando o anúncio com um vídeo no qual um cego, lenta e incerta, dirige um carro em um estacionamento fechado. Após a morte de Dobel em 2004, sua prótese também saiu com ele.

Ao contrário de Dobel, que alegava tratar a cegueira, Fernandez constantemente diz coisas como "não quero dar-lhe esperança em vão" e "esperamos obter um sistema adequado para uso, mas por enquanto estamos realizando experimentos iniciais".

Mas Gomez foi realmente capaz de ver.

Cama de unhas


Se a idéia básica de retornar a visão de Gomez for bastante simples - conectamos a câmera ao cabo de vídeo que leva ao cérebro -, seus detalhes não serão de todo simples. Fernandez e a equipe tiveram que lidar primeiro com a conexão da câmera. Que sinal emite a retina humana? Tentando responder a essa pergunta, Fernandez pega a retina de pessoas que morreram recentemente, a conecta aos eletrodos, brilha nela e mede a corrente. Seu laboratório trabalha em estreita colaboração com hospitais locais, de onde eles podem telefonar à noite, relatando a morte de um doador de órgãos. A retina humana pode ser mantida viva por não mais de sete horas. Sua equipe também usa o aprendizado de máquina para combinar os sinais elétricos da retina com imagens visuais simples, o que os ajuda a escrever um software que simula automaticamente esse processo.

O próximo passo é pegar esse sinal e entregá-lo ao cérebro. Na prótese criada por Fernandez para Gomez, o cabo é conectado a um implante do esquema conhecido , o " conjunto de Utah ", que é aproximadamente do tamanho de um pequeno ponto na extremidade positiva de uma bateria AAA. Dele sobressaem 100 eletrodos afiados de um milímetro de altura - tudo junto parece uma cama de pregos. Cada eletrodo fornece corrente para vários neurônios, de um a quatro. Ao instalar um implante, os eletrodos perfuram a superfície do cérebro; quando removidos, 100 pequenas gotas de sangue são formadas nos orifícios.



Fernandez precisava calibrar os eletrodos um de cada vez, enviando sinais a eles com uma voltagem gradualmente crescente, até que Gomez disse onde e quando viu o fosfeno. A calibração de cem eletrodos inteiros levou mais de um mês.

"A vantagem de nossa abordagem é que os eletrodos da matriz entram no cérebro e estão próximos dos neurônios", diz Fernandez. Isso permite que o implante forneça visão usando correntes muito mais baixas em comparação com o sistema Dobel, o que reduz drasticamente o risco de convulsões.

A grande desvantagem da prótese - e a principal razão pela qual Gomez não teve permissão para andar com a prótese por mais de seis meses - é que ninguém sabe quanto tempo os eletrodos podem existir antes que o implante ou o cérebro do usuário comecem a se degradar. "O sistema imunológico do corpo começa a quebrar os eletrodos e os cercar com tecido cicatricial, o que enfraquece o sinal", disse Fernandez. Há também o problema de dobrar os eletrodos durante os movimentos humanos. A julgar pelas experiências com animais e pelos primeiros resultados do uso da prótese de Gomez, ele suspeita que o esquema atual possa durar de dois a três anos, possivelmente até dez anos, antes de falhar. Fernandez espera que pequenas edições ajudem a prolongar esse período por várias décadas - o que é crítico para equipamentos médicos que requerem intervenção cirúrgica.

Por fim, a prótese, como um implante coclear, precisará transmitir sinais e energia sem fio através do crânio. Mas, por enquanto, para experimentos, a prótese é conectada via cabo - isso deixa mais oportunidades para atualizar o equipamento antes de parar em um determinado esquema de operação.

Com uma resolução de 10x10 pixels, o potencial máximo para o implante Gomez, é possível distinguir entre formas básicas, como letras, uma porta ou calçada. Com os contornos do rosto e principalmente os detalhes do rosto de uma pessoa, é mais complicado. Portanto, Fernandez suplementou seu sistema com um programa de reconhecimento de padrões que determina a personalidade de uma pessoa e envia um padrão de fosfenos ao cérebro de Gomez, que ela aprendeu a reconhecer.

Em um slide de uma apresentação de tecnologia, Fernandez escreve que “a visão é possível” com uma resolução de 25x25 pixels. E como na versão atual a matriz de Utah é tão pequena e requer pouca energia, Fernandez diz que não há limitações técnicas que impediriam sua equipe de instalar quatro ou seis implantes de lados diferentes do cérebro, o que daria visão com uma resolução de 60x60 pixels ou mais. E, no entanto, ninguém sabe quanta informação proveniente desses dispositivos pode ser absorvida pelo cérebro sem sobrecargas.

Com o que se parece



Fernandez e seu aluno de pós-graduação com uma câmera protótipo conectada a um computador,

Gomez me disse que, se tivesse uma opção, deixaria o implante e seria a primeira na fila para sua versão atualizada. Quando Fernandez termina de analisar seu conjunto, Gomez planeja colocá-lo em uma moldura e pendurá-lo na parede da sala.

No laboratório de Fernandez, ele me oferece a conexão com um dispositivo não invasivo que ele usa para estudar pacientes.

Sentado na mesma cadeira de couro que Gomez estava no ano passado durante um experimento inovador, sinto como um neurocientista está pressionando uma varinha com dois anéis na cabeça de um lado. Esse dispositivo, uma "bobina de borboleta", é conectada a uma caixa que excita os neurônios no cérebro usando poderosos pulsos eletromagnéticos. Esse fenômeno é chamadoestimulação magnética transcraniana . O primeiro impulso é como um choque elétrico no couro cabeludo. Dedos involuntariamente cavam a palma da mão. "Olha, funciona!" - ri Gomez. “Este é o seu córtex motor. Agora vamos tentar chamá-lo de fosfenos. "

O neurobiologista muda a posição da varinha e ajusta a máquina para pulsos de repetição rápida. Dessa vez, depois de começar, sinto um formigamento na parte de trás da cabeça, como se alguém estivesse usando meu crânio como batente de porta. Então, embora meus olhos estejam abertos, vejo algo estranho: uma linha horizontal brilhante piscando no centro do meu campo de visão, bem como dois triângulos luminosos preenchidos com algo como uma imagem em uma TV na ausência de sinal. A imagem desaparece tão rapidamente quanto apareceu, deixando para trás um ligeiro brilho posterior.

"Sobre a mesma coisa que Bern pode ver", diz Fernandez. Somente sua “visão” do mundo permanece mais estável enquanto um sinal entrar no cérebro. Ela também podia virar a cabeça e usar óculos para olhar ao redor da sala. Vi apenas os fantasmas internos do cérebro, estimulados pela eletricidade. Gomez foi capaz de alcançar e tocar o mundo que estava olhando pela primeira vez em 16 anos.

More articles:


All Articles