Implanturile cerebrale revoluționare le redau orbilor vederea12 min read

Cercetătorii europeni se străduiesc să îmbunătățească tehnologia care, într-o bună zi, ar putea ajuta persoanele nevăzătoare să vadă din nou.

Berna Gomez, fostă profesoară de științe din Spania, a devenit ea însăși un subiect al științei în 2021. După ce a fost nevăzătoare timp de 16 ani, a participat la un experiment menit să îi redea abilitatea de a percepe lumina.

Gomez, care avea la acea vreme 57 de ani, a fost supusă unei intervenții prin care i s-a introdus un implant în zona din creier responsabilă pentru procesarea vizuală. Implantul a constat într-o serie de 96 de microelectrozi.

Semnale cerebrale

Cu microelectrozii legați la o cameră video montată pe o pereche de ochelari, Gomez a reușit să descifreze vizual semnalele care îi erau comunicate creierului. A putut să discearnă conturul obiectelor, să deosebească gesturile făcute cu mâna stângă de cele făcute cu mâna dreaptă și chiar să joace jocuri video de tip labirint. 

Deși cazul ei a însemnat un progres remarcabil, cercetătorii fac încă un pas înainte prin micșorarea electrozilor astfel încât aceștia să poată fi introduși în număr mai mare în creierul unei persoane nevăzătoare. Cu finanțarea UE, cercetătorii îmbunătățesc protezele vizuale.

„Cu cât avem mai mulți electrozi, cu atât rezoluția vizuală este mai mare”, spune prof. Shih-Chii Liu de la Institutul de Neuroinformatică al Universității din Zurich (Elveția). 

Liu coordonează un proiect finanțat de UE pentru dezvoltarea unor electrozi de înaltă performanță de circa patru ori mai subțiri decât un fir de păr. 

Inițiativa, denumită NeuraViPeR,Link: neuraviper.eu a debutat în septembrie 2020 și urmează să se deruleze până la sfârșitul lui februarie 2025.

Progrese constante

Într-un studiu Global Burden of Disease„National sex- and age-specific burden of blindness and vision impairment by cause in Mexico in 2019: a secondary analysis of the Global Burden of Disease Study 2019”, ncbi.nlm.nih.gov din 2019, deficiențele de vedere, inclusiv orbirea, au fost a treia cauză principală a anilor de viață petrecuți cu o dizabilitate. 

În Europa trăiesc peste 2,5 milioane de persoane nevăzătoare, potrivit unuia dintre principalele grupuri de promovare a intereselor nevăzătorilor.Detalii: euroblind.org

Printre cauzele principale ale orbirii se numără cataracta (cristalinul devine opac), glaucomul (care afectează nervul optic) și degenerarea maculară cauzată de vârstă (care afectează retina). Alte cauze sunt reprezentate de afecțiunile provocate de diabet, trăsăturile genetice, accidente și infecții.

Unele dintre acestea ar putea fi tratate cu ajutorul implanturilor cerebrale. 

Întrucât remediile medicale pentru orbire sunt în prezent limitate, cel mai bun ajutor pentru persoanele nevăzătoare este adesea un câine-ghid, un baston sau un asistent personal.  

În anii 1990, oamenii de știință au început să facă pași mici către crearea unui ochi artificial pentru pacienții nevăzători, prin implantarea de electrozi în partea de creier – cortexul vizual – responsabilă pentru vedere. Aceste minuscule puncte de contact metalice pot interacționa cu celulele creierului pentru a transmite informații vizuale. 

Dificultatea consta în faptul că electrozii erau încă relativ mari și doar un număr limitat putea fi implantat în țesutul cerebral.

Mai mulți electrozi

Deși a însemnat un succes, implantulMai multe, în acest videoclip: youtube.com lui Gomez nu a avut numărul de electrozi necesar pentru ca ea să poată recunoaște obiecte sau să își recapete îndeajuns vederea pentru a se descurca în viața de zi cu zi. Aceasta locuiește în orașul Elche din sud-estul Spaniei și a avut implantul timp de șase luni.

Astăzi, progresele din domeniul neurotehnologiei au făcut posibilă micșorarea electrozilor, astfel că circa 100 pot fi acum implantați pe cale chirurgicală în creier. Rămân însă prea puțini pentru rezoluția necesară.

Pentru a putea discerne fețe sau suficient din conturul obiectelor din lumea reală astfel încât să se descurce într-o încăpere, o persoană nevăzătoare ar avea nevoie să îi fie implantați pe cale chirurgicală în cortexul vizual între 1.000 și 2.000 de electrozi.  

„Vederea normală are o rezoluție de 1 milion de pixeli”, spune Liu.

Implanturile dezvoltate în cadrul NeuraViPer conțin mii de electrozi înglobați în benzi flexibile. 

Acestea ar urma să sporească semnificativ rezoluția vizuală și să îmbunătățească siguranța implantului prin reducerea riscului de leziuni sau de generare a unui răspuns imun negativ.

Autostrada informațională

Creșterea numărului de electrozi este doar o parte a soluției. 

Pentru ca protezele vizuale să ajungă să redea vederea nevăzătorilor, acestea vor trebui și să poată transfera mult mai multe informații decât până acum. Pe scurt, trebuie sporită capacitatea electrozilor pentru a stimula creierul și a comunica în mod eficace imaginile captate de cameră.

„Orbirea este cu adevărat o problemă majoră”, spune Peter Janssen, profesor de neuroștiințe la Leuven Brain Institute din Belgia. „Aproape că nu avem opțiuni terapeutice pentru aceste persoane.”

Janssen coordonează un alt proiect finanțat de UE, care investighează modalitățile de îmbunătățire a tiparelor de stimulare ale electrozilor, astfel încât aceștia să poată transmite mai multe informații către neuronii din creier.

Denumit HyperStim,„High-dimensional electrical stimulation for visual prosthesis”, cordis.europa.eu acesta a debutat în noiembrie 2022 și se va întinde pe patru ani.

Protezele vizuale actuale folosesc tipare de stimulare foarte simple. HYPERSTIM caută să aplice unele tipare mai sofisticate pentru electrozii disponibili. 

Scopul este de a obține o rezoluție egală cu cel puțin de 20 de ori numărul electrozilor prezenți fizic și de a îmbunătăți astfel în mod fundamental calitatea vederii care poate fi atinsă.

Curba de învățare

Potrivit lui Janssen, primele persoane nevăzătoare care vor beneficia de o proteză vizuală în creier conectată la o cameră externă nu își vor recăpăta dintr-odată complet vederea. Aceasta deoarece creierul are nevoie de timp după un implant pentru a decoda mesajul primit de la cameră.  

„Creierul trebuie să învețe cum să interpreteze stimularea electrică”, spune Janssen.  

În loc să redea complet vederea, în creier se va crea probabil o imagine alb-negru brută, cu contururi și forme ale obiectelor – suficient însă pentru a-i oferi persoanei o mai mare mobilitate și independență.   

Până la urmă, progresele în domeniul tehnologiei medicale impulsionate de proiecte precum HyperStim și NeuraViPeR înseamnă o îmbunătățire continuă a perspectivelor pentru persoanele care și-au pierdut vederea. 

Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de UE prin Consiliul European pentru Inovare (CEI). Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.