Un nuevo implante para ciegos se conecta directamente al cerebro

Potenciales de acción de las neuronas Russ Juskalian

Allí, dice Bernardeta Gómez en su español nativo, señalando una gran línea negra que atraviesa una hoja blanca de cartón colocada frente a ella con el brazo extendido. Ahí .

No es exactamente una hazaña impresionante para una mujer de 57 años, excepto que Gómez es ciega. Y ella ha sido así durante más de una década. Cuando tenía 42 años, la neuropatía óptica tóxica destruyó los haces de nervios que conectan los ojos de Gómez con su cerebro, dejándola totalmente sin vista. Ni siquiera puede detectar la luz.

Pero después de 16 años de oscuridad, a Gómez se le dio una ventana de seis meses durante la cual pudo ver una apariencia de muy baja resolución del mundo representada por puntos y formas brillantes de color blanco y amarillo. Esto fue posible gracias a un par de anteojos modificados, oscurecidos y equipados con una cámara diminuta. El artilugio está conectado a una computadora que procesa una transmisión de video en vivo, convirtiéndola en señales electrónicas. Un cable suspendido del techo conecta el sistema a un puerto incrustado en la parte posterior del cráneo de Gómez que está conectado a un implante de 100 electrodos en la corteza visual en la parte posterior de su cerebro.

Bernardeta Gómez luciendo las gafas con las cámaras. Desafortunadamente, ya no tiene el implante cerebral, que sigue siendo un dispositivo temporal. Russ Juskalian

Con esto, Gómez identificó luces de techo, letras, formas básicas impresas en papel y personas. Incluso jugó un simple juego de computadora similar a Pac-Man conectado directamente a su cerebro. Cuatro días a la semana durante la duración del experimento, Gómez fue conducida a un laboratorio por su esposo vidente y conectada al sistema.

El primer momento de la vista de Gómez, a fines de 2018, fue la culminación de décadas de investigación de Eduardo Fernández, director de neuroingeniería de la Universidad de Miguel Hernández, en Elche, España. Su objetivo: devolver la vista al mayor número posible de los 36 millones de ciegos en todo el mundo que desean volver a ver. El enfoque de Fernández es particularmente emocionante porque pasa por alto el ojo y los nervios ópticos.

Muchas investigaciones anteriores intentaron restaurar la visión mediante la creación de un ojo o retina artificial. Funcionó, pero la gran mayoría de las personas ciegas, como Gómez, tienen daño en el sistema nervioso que conecta la retina con la parte posterior del cerebro. Un ojo artificial no resolverá su ceguera. Es por eso que en 2015, la empresa Second Sight, que recibió la aprobación para vender una retina artificial en Europa en 2011, y en los EE. UU. en 2013, para una enfermedad rara llamada retinitis pigmentosa, pasó dos décadas de trabajo de la retina a la corteza. . (Second Sight dice que un poco más de 350 personas están usando su implante de retina Argus II).

Durante una visita reciente que hice a Elche, repleta de palmeras, Fernández me dijo que los avances en la tecnología de implantes y una comprensión más refinada del sistema visual humano le han dado la confianza para ir directamente al cerebro. La información en el sistema nervioso es la misma información que está en un dispositivo eléctrico, dice.

Restaurar la vista alimentando señales directamente al cerebro es ambicioso. Pero los principios subyacentes se han utilizado en implantes electrónicos humanos en la medicina convencional durante décadas. Ahora mismo, explica Fernández, tenemos muchos aparatos eléctricos interactuando con el cuerpo humano. Uno de ellos es el marcapasos. Y en el sistema sensorial tenemos el implante coclear.

Eduardo Fernández Russ Juskalian

Este último dispositivo es la versión auditiva de la prótesis que Fernández construyó para Gómez: un micrófono externo y un sistema de procesamiento que transmite una señal digital a un implante en el oído interno. Los electrodos del implante envían pulsos de corriente a los nervios cercanos que el cerebro interpreta como sonido. El implante coclear, que se instaló por primera vez en un paciente en 1961, permite a más de medio millón de personas en todo el mundo tener conversaciones como parte normal de la vida cotidiana.

Berna fue nuestro primer paciente, pero en los próximos años instalaremos implantes en cinco personas ciegas más, dice Fernández, quien llama a Gómez por su nombre de pila. Habíamos hecho experimentos similares en animales, pero un gato o un mono no pueden explicar lo que ven.

Berna podría.

Su experimento requirió coraje. Se requirió cirugía cerebral en un cuerpo por lo demás sano, siempre un procedimiento riesgoso, para instalar el implante. Y luego otra vez para retirarlo seis meses después, ya que la prótesis no está aprobada para un uso a largo plazo.

Convulsiones y fosfenos

Escucho a Gómez antes de verla. La suya es la voz de una mujer una década más joven que su edad. Sus palabras son medidas, su cadencia es perfectamente suave y su tono es cálido, confiado y estable.

Cuando finalmente la veo en el laboratorio, me doy cuenta de que Gómez conoce tan bien la disposición del espacio que apenas necesita ayuda para moverse por el pequeño pasillo y sus habitaciones adjuntas. Cuando me acerco para saludarla, la cara de Gómez inicialmente apunta en la dirección equivocada hasta que digo hola. Cuando estiro la mano para estrecharla, su esposo guía su mano hacia la mía.

Gómez está aquí para una resonancia magnética del cerebro para ver cómo se ven las cosas medio año después de que le quitaron el implante (se ven bien). Ella también está aquí para conocer a un posible segundo paciente que está en la ciudad y en la habitación durante mi visita. En un momento de esta reunión, mientras Fernández explica cómo se conecta el hardware al cráneo, Gómez interrumpe la discusión, se inclina hacia adelante y coloca la mano del prospecto en la parte posterior de su cabeza, donde solía estar una salida de metal. Hoy prácticamente no hay evidencia del puerto. La cirugía de implante transcurrió tan tranquila, dice, que vino al laboratorio al día siguiente para conectarse y comenzar los experimentos. No ha tenido problemas ni dolor desde entonces.

Gómez tuvo suerte. La larga historia de experimentos que condujeron a su implante exitoso tiene un pasado accidentado. En 1929, un neurólogo alemán llamado Otfrid Foerster descubrió que podía provocar un punto blanco en la visión de un paciente si colocaba un electrodo en la corteza visual del cerebro mientras realizaba una cirugía. Llamó al fenómeno un fosfeno. Desde entonces, científicos y autores de ciencia ficción han imaginado el potencial de una prótesis visual de cámara a computadora y cerebro. Algunos investigadores incluso construyeron sistemas rudimentarios.

A principios de la década de 2000, lo hipotético se hizo realidad cuando un excéntrico investigador biomédico llamado William Dobelle instaló una prótesis de este tipo en la cabeza de un paciente experimental.

En 2002, el escritor Steven Kotler recordó con horror cómo Dobelle encendía la electricidad y un paciente caía al suelo retorciéndose de un ataque. La causa fue demasiada estimulación con demasiada corriente, algo que resulta que a los cerebros no les gusta. Los pacientes de Dobelle también tenían problemas con las infecciones. Sin embargo, Dobelle promocionó su voluminoso dispositivo como casi listo para el uso diario, con un video promocional de un hombre ciego conduciendo lenta e inestablemente en un estacionamiento cerrado. Cuando Dobelle murió en 2004, también lo hizo su prótesis.

A diferencia de Dobelle, que proclamó una cura para los ciegos, Fernández casi constantemente dice cosas como: No quiero hacerme ilusiones y Esperamos tener un sistema que la gente pueda usar, pero en este momento solo estamos realizando los primeros experimentos. .

Pero Gómez sí vio.

Cama de clavos

Si la idea básica detrás de la vista de Gómez (conectar una cámara a un cable de video en el cerebro) es simple, los detalles no lo son. Fernández y su equipo primero tuvieron que descubrir la parte de la cámara. ¿Qué tipo de señal produce una retina humana? Para tratar de responder a esta pregunta, Fernández toma retinas humanas de personas que han muerto recientemente, conecta las retinas a electrodos, las expone a la luz y mide lo que golpea los electrodos. (Su laboratorio tiene una estrecha relación con el hospital local, que a veces llama en medio de la noche cuando muere un donante de órganos. Una retina humana puede mantenerse viva solo unas siete horas). Su equipo también utiliza el aprendizaje automático para igualar la la salida eléctrica de la retina a entradas visuales simples, lo que les ayuda a escribir software para imitar el proceso automáticamente.

El siguiente paso es tomar esta señal y enviarla al cerebro. En la prótesis que Fernández construyó para Gómez, una conexión por cable va a un neuroimplante común conocido como conjunto Utah, que es apenas más pequeño que la punta elevada del extremo positivo de una batería AAA. Sobresaliendo del implante hay 100 diminutas puntas de electrodos, cada una de aproximadamente un milímetro de altura; juntas parecen un lecho de clavos en miniatura. Cada electrodo puede entregar una corriente a entre una y cuatro neuronas. Cuando se inserta el implante, los electrodos perforan la superficie del cerebro; cuando se retira, se forman 100 pequeñas gotas de sangre en los agujeros.

La matriz implantada tiene 100 electrodos y se asemeja a un pequeño lecho de clavos. Fernández

Fernández tuvo que calibrar un electrodo a la vez, enviándole corrientes cada vez más fuertes hasta que Gómez notó cuándo y dónde vio un fosfeno. Conseguir que se marcaran los 100 electrodos llevó más de un mes.

La ventaja de nuestro enfoque es que los electrodos de la matriz sobresalen en el cerebro y se sientan cerca de las neuronas, dice Fernández. Esto permite que el implante produzca la vista con una corriente eléctrica mucho más baja que la necesaria en el sistema de Dobelle, lo que reduce drásticamente el riesgo de convulsiones.

La gran desventaja de la prótesis, y la razón principal por la que Gómez no pudo mantener la suya más de seis meses, es que nadie sabe cuánto tiempo pueden durar los electrodos sin degradar el implante o el cerebro del usuario. El sistema inmunológico del cuerpo comienza a descomponer los electrodos y los rodea con tejido cicatricial, lo que eventualmente debilita la señal, dice Fernández. También está el problema de que los electrodos se flexionen cuando alguien se mueve. A juzgar por la investigación en animales y una mirada temprana a la matriz que utilizó Gómez, supone que la configuración actual podría durar de dos a tres años, y quizás hasta 10 antes de que falle. Fernández espera que algunos ajustes menores extiendan eso a unas pocas décadas, un requisito previo crítico para una pieza de hardware médico que requiere cirugía cerebral invasiva.

Eventualmente, la prótesis, como un implante coclear, deberá transmitir su señal y energía de forma inalámbrica a través del cráneo para llegar a los electrodos. Pero por ahora, su equipo hasta ahora ha dejado la prótesis cableada para experimentos, brindando la mayor flexibilidad para seguir actualizando el hardware antes de decidirse por un diseño.

A 10 píxeles por 10 píxeles, que es aproximadamente la máxima resolución potencial que podría generar el implante de Gómez, uno puede percibir formas básicas como letras, el marco de una puerta o una acera. Pero los contornos de una cara, por no hablar de una persona, son mucho más complicados. Es por eso que Fernández mejoró su sistema con un software de reconocimiento de imágenes para identificar a una persona en una habitación y transmitir un patrón de fosfenos al cerebro de Gómez que ella aprendió a reconocer.

A 25 por 25 píxeles, Fernández escribe en una diapositiva que le gusta presentar, la visión es posible. Y debido a que la matriz de Utah en su forma actual es tan pequeña y requiere muy poca energía para funcionar, Fernández dice que no hay ninguna razón técnica por la que su equipo no pueda instalar de cuatro a seis en cada lado del cerebro, ofreciendo una visión de 60 x 60 píxeles o más alto. Aún así, nadie sabe cuánta información puede recibir el cerebro humano de tales dispositivos sin verse abrumado y mostrar el equivalente a la nieve de la televisión.

lo que parece

Fernández y su estudiante de posgrado con una cámara prototipo conectada a la computadora. Russ Juskalian

Gómez me dijo que habría mantenido el implante instalado si le hubieran dado la opción y que será la primera en la fila si hay una versión actualizada disponible. Cuando Fernández termine de analizar su conjunto, Gómez planea enmarcarlo y colgarlo en la pared de su sala.

De vuelta en el laboratorio de Fernández, se ofrece a conectarme a un dispositivo no invasivo que usa para evaluar a los pacientes.

Sentado en la misma silla de cuero que ocupó Gómez durante el innovador experimento del año pasado, espero mientras un neurólogo sostiene una varita con dos anillos contra un costado de mi cabeza. El dispositivo, llamado bobina de mariposa, está conectado a una caja que excita las neuronas en el cerebro con un poderoso pulso electromagnético, un fenómeno llamado estimulación magnética transcraneal. La primera explosión se siente como si alguien me estuviera golpeando el cuero cabelludo. Mis dedos se enroscan involuntariamente en mis palmas. ¡Mira, funcionó! dice Fernández, riéndose. Esa era tu corteza motora. Ahora intentaremos darte algunos fosfenos.

El neurólogo vuelve a colocar la varilla y configura la máquina para una serie rápida de pulsos. Esta vez cuando ella dispara, siento una intensa zzp-zzp-zzp , como si alguien estuviera usando la parte posterior de mi cráneo como un llamador. Entonces, aunque tengo los ojos bien abiertos, veo algo: una línea horizontal brillante atraviesa el centro de mi campo de visión, junto con dos triángulos resplandecientes llenos de lo que parece nieve televisiva. La visión se desvanece tan rápido como llegó, dejando un breve resplandor.

Esto es como lo que pudo ver Berna, dice Fernández. Excepto que su visión del mundo era estable mientras la señal se transmitía a su cerebro. También podía girar la cabeza y, con las gafas puestas, mirar alrededor de la habitación. Lo que había visto eran simplemente fantasmas internos de un cerebro excitado eléctricamente. Gómez podía extender la mano y tocar el mundo que estaba mirando por primera vez en 16 años.

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