Los ciegos pueden ‘ver’ las letras que los científicos han dibujado en sus cerebros con electricidad

Los científicos envían patrones eléctricos a través de los cerebros de las personas, engañando a sus cerebros para que vean letras que no existen.

Según el estudio, publicado hoy (14 de mayo) en la revista Cell, el experimento funcionó tanto para los participantes videntes como para los ciegos que quedaron ciegos en la edad adulta. Aunque la tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas, los dispositivos implantados podrían usarse en el futuro para estimular el cerebro y restaurar la visión hasta cierto punto.

Los implantes, llamados prótesis visuales, se colocan en la corteza visual y luego se estimulan siguiendo un patrón para «rastrear» las formas que los participantes pueden «ver». Las versiones más avanzadas de estos implantes funcionan como implantes cocleares, que usan electrodos para estimular los nervios del oído interno para ayudar a mejorar la audición del usuario.

«Iteración temprana [of such a device] Los autores del estudio, Michael Beauchamp, neurocientífico del Baylor College of Medicine, y el Dr. Daniel Yoshor, neurocirujano, le dijeron a WordsSideKick.com en un correo electrónico. (Este verano, Yoshor asumirá un nuevo puesto en la Escuela de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania). «La capacidad de detectar la morfología de los miembros de la familia o permitir una navegación más independiente sería un gran avance para muchos pacientes ciegos. «

El estudio actual representa un pequeño paso hacia la realización de esta tecnología.

mira las estrellas

Los autores del estudio hicieron las letras estimulando el cerebro con corrientes eléctricas, lo que provocó que produjeran lo que se llama fosfenos, pequeños puntos de luz que las personas a veces perciben sin que entre luz real en el ojo. A diferencia de la luz que rebota en los objetos de la habitación y entra en los ojos, los fosfenos parecen ser una peculiaridad del sistema de procesamiento visual. Usted «ve» estos puntos aunque en realidad no existan. Por ejemplo, cuando se frota los ojos en una habitación oscura, puede ver fosfenos, un fenómeno que a menudo se describe como «ver estrellas», dijeron los autores.

Las estrellas, conocidas como «mecanofanes», fueron descritas por primera vez por un antiguo filósofo y fisiólogo griego llamado Alkmeon, dijo John Pezaris, profesor asistente de neurocirugía y director del Laboratorio de Prótesis Visual del Hospital General de Massachusetts. en la Universidad de Harvard. Siglos después, en 1755, el médico francés Charles Le Roy descubrió que la estimulación eléctrica del cerebro podía producir fosfenos vivos, incluso en personas ciegas, dice Pezaris, que no participó en el estudio.

En la década de 1960, a los científicos se les ocurrió la idea de las prótesis visuales, dijo Pezaris. Los investigadores implantaron electrodos en la corteza visual, el área del cerebro que procesa la información que llega desde los ojos, con el objetivo de producir fosfenos y ensamblarlos en formas coherentes. Los autores señalan que los científicos plantearon la hipótesis de que si estimulaban múltiples puntos en la corteza, aparecerían múltiples fosfenos y se «fusionarían automáticamente» en una forma inteligible, como un solo píxel en la pantalla de una computadora.

«Pero el cerebro es mucho más complejo que una pantalla de computadora y, por razones que aún no entendemos completamente, en realidad es muy difícil generar formas reconocibles a partir de combinaciones de fosfina», dijeron Beauchamp y Yoshor. Los autores encontraron el mismo obstáculo en su propia investigación, pero encontraron una forma de sortearlo.

dibujar en el cerebro

El equipo colocó una serie de electrodos en la corteza visual de cinco participantes del estudio, tres de los cuales eran videntes y dos ciegos. En concreto, los electrodos se ubican en una zona del cerebro denominada V1, donde converge la información procedente de la retina para su procesamiento temprano. Como parte del tratamiento de la epilepsia, las personas videntes ya se están sometiendo a cirugía para implantar electrodos en sus cerebros para monitorear la actividad epiléptica de su cerebro. Las personas ciegas participaron en un estudio separado que investigaba las prótesis visuales y se les implantaron electrodos en ese momento.

V1 es como un mapa, diferentes áreas del mapa corresponden a diferentes áreas de nuestro campo de visión, como la esquina superior derecha o la esquina inferior izquierda. Los autores descubrieron que si activaban un electrodo a la vez, los participantes veían de forma fiable que aparecían fosfenos (pinzas de luz) en las áreas predichas. Pero si se conectaran múltiples electrodos al mismo tiempo, aún aparecerían fosfenos individuales, pero no agrupados en una forma coherente.

Así que los autores probaron una estrategia diferente; plantearon la hipótesis de que, al «barrer» una corriente eléctrica a través de varios electrodos, podrían trazar patrones en la superficie del cerebro, lo que daría como resultado formas reconocibles. «El cerebro está sintonizado de manera única para detectar cambios en nuestro entorno», dicen los autores, por lo que especulan que el órgano debería rastrear patrones de fosfenos presentados uno tras otro.

Los implantes cocleares utilizan una estrategia similar para generar diferentes tonos auditivos, dijo a WordsSideKick.com Pieter Roelfsema, director del Instituto de Neurociencia de los Países Bajos, que no participó en el estudio, en un correo electrónico a WordsSideKick.com. «Digamos que el electrodo 1 tiene un tono más alto y el electrodo 2 tiene un tono ligeramente más bajo», dijo. Al dirigir la corriente a través de ambos electrodos, «puede obtener el espacio entre los electrodos 1 y 2».

Los autores del estudio descubrieron que podían hacer algo similar con su visión. Pueden crear fosfenos entre las ubicaciones de dos electrodos separados, conectando los puntos entre ellos. Usando esta técnica, los autores dibujaron formas de letras como «W», «S» y «Z» en la superficie de V1; estas formas tenían que dibujarse al revés, que es como la información visual normalmente llega a la corteza visual desde nuestro ojos

Finalmente, los participantes del estudio pudieron ver las formas rastreadas y recrearlas con precisión en una pantalla táctil. Cuando los participantes del estudio comenzaron a ver letras en sus cabezas, «¡Creo que estaban al menos tan emocionados como nosotros, tal vez más!» Beauchamp y Yoshor dijeron a WordsSideKick.com.

Mirando hacia el futuro

Roelfsema escribió en una carta en la revista Cell que acompaña al nuevo artículo que «quedan muchos desafíos por superar» antes de que la investigación pueda aplicarse a prótesis visuales útiles.

En el futuro, dicen los autores, las prótesis visuales podrían contener «miles de electrodos», mientras que este estudio usó solo unas pocas docenas. Además, «los electrodos pueden estar diseñados para penetrar en la corteza, por lo que las puntas de los electrodos están más cerca de las neuronas ubicadas a cientos de micrómetros por debajo de la superficie cortical», agregan.

Los electrodos que penetran en el cerebro producen fosfenos más precisos, con campos eléctricos más débiles, que los electrodos en la superficie del cerebro, dijo Pezaris. Señaló que los electrodos de superficie usan fuertes campos eléctricos para llegar a las células cerebrales dentro de los tejidos, lo que a veces provoca que las células adyacentes o superpuestas se estimulen al mismo tiempo.

Roelfsema le dijo a WordsSideKick.com que para que la prótesis visual funcione, sería necesario inventar nuevos electrodos que siguieran siendo compatibles con el tejido cerebral durante un período prolongado de tiempo. «Los electrodos de corriente que se introducen en el cerebro causan daño y no funcionan el tiempo suficiente. Sin embargo, para algunos pacientes, los electrodos de superficie pueden funcionar mejor, según los riesgos asociados con la implantación de electrodos en las profundidades del cerebro», dijo Pezaris. «Hay muchas causas de ceguera», dijo, y es probable que algunos pacientes se beneficien más con electrodos implantados profundamente, otros con electrodos de superficie y otros con prótesis implantadas directamente en la retina. Para obtener el mayor beneficio, estas prótesis solo requieren cirugía ocular. para ser implantado.

Lo que es más importante, «para que los dispositivos protésicos visuales sean verdaderamente útiles para los pacientes ciegos, deben mejorar su calidad de vida», dijeron Beauchamp y Yoshor. Esto significa que, además de optimizar los electrodos físicos y su funcionamiento, los científicos deben desarrollar un software sólido para ayudar a filtrar y procesar la información visual del usuario. Una vez ensamblado, el sistema completo debe ser lo suficientemente útil para que la gente realmente lo use.

«Fundamentalmente, una de las cosas que debemos recordar es que la ceguera no es una enfermedad que ponga en peligro la vida, por lo que debe haber suficiente beneficio para equilibrar el riesgo», dijo Pezaris sobre las prótesis visuales.

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