Los avances recientes en neurociencia y neurotecnología prometen restaurar la visión funcional de los ciegos enviando señales directamente a la corteza visual del cerebro. Al igual que el implante coclear que funcionó de maravilla para los sordos, se están realizando investigaciones para restaurar la percepción visual de los ciegos a través de un implante que funciona estimulando la corteza visual mientras intenta recrear la actividad previamente desencadenada por el nervio óptico.
El implante está diseñado para crear la sensación de ver incluso sin contacto visual real. Al transmitir imágenes de video desde una cámara directamente al cerebro, el dispositivo apunta al cerebro en lugar de a los ojos, brindando a los pacientes ciegos la capacidad de comprender parcialmente su entorno.
De hecho, las prótesis visuales han experimentado rápidos avances desde sus primeros prototipos. Tienen la capacidad de codificar artificialmente sensaciones en el cerebro para producir puntos de luz, o fosfenos, en el campo visual.
Cómo funcionan los implantes que ayudan a la visión
En pocas palabras, la tecnología de prótesis visuales funciona de las siguientes maneras para restaurar la visión, aunque sea parcial, a los ciegos:
- Una cámara integrada en unas gafas gruesas de montura negra registra el campo de visión del paciente.
- Esta cámara, conectada a una computadora, envía video en vivo que la computadora traduce en señales electrónicas.
- Luego, estas señales se envían a través de un puerto insertado quirúrgicamente en la parte posterior del cráneo. Este puerto se conecta a un implante de 100 electrodos en la corteza visual del cerebro.
- El implante estimula las neuronas de la corteza visual del paciente.
- Posteriormente, el paciente experimenta una percepción de baja resolución del entorno en forma de puntos y formas de color blanco amarillento llamados fosfenos que pueden interpretarse como objetos.
Evolución de la tecnología de restauración de la visión.
El objetivo de investigaciones anteriores sobre tecnologías de bioingeniería era la creación de un ojo o una retina artificiales. No hace mucho, el Proyecto Retina Artificial reunió a varias instituciones de investigación para desarrollar retinas artificiales para ayudar a los ciegos a ver. El trabajo dio como resultado los sistemas Argus que ayudaron a quienes padecían enfermedades que destruyen la retina. Estos sistemas implicaban el uso de una cámara montada sobre gafas; una computadora para convertir datos sensoriales y un implante con un conjunto de electrodos incrustados en la retina (en lugar del cerebro). A lo largo de los años, los sistemas Argus I y Argus II se han sometido a pruebas en humanos y recibieron aprobación en Europa en 2011 y en Estados Unidos en 2013 para vender sus ojos biónicos a personas elegibles.
El implante constaba de una única lámina de células epiteliales pigmentarias de la retina (EPR) derivadas de células madre embrionarias humanas. Sin embargo, los intentos de crear un ojo biónico se han centrado en implantarlo en el propio ojo. Dependían de la necesidad de un ojo con un nervio óptico funcional. Pero para muchas personas cuya ceguera se origina más allá de la retina, la tecnología del ojo artificial no puede resolver su ceguera. Estas personas sufren daños en el sistema nervioso que conecta la retina con la parte posterior del cerebro o con las vías neuronales entre los ojos y el cerebro.
Progresos en implantes cerebrales
La interfaz cerebro-máquina (BMI) está avanzando rápidamente en varios frentes, como ayudar a las personas paralizadas a controlar brazos robóticos y escribir mensajes solo con sus pensamientos. Las empresas que trabajan en el ámbito del IMC han pasado de las retinas artificiales al cerebro mismo. Probaron un sistema que pasa por alto la retina y envía información visual directamente al cerebro.
En este sistema, como se mencionó anteriormente, la transmisión de una cámara de video montada en gafas de sol se convierte en pulsos eléctricos enviados a un implante que estimula el cerebro. Posteriormente, el usuario ve un patrón de fosfenos o puntos blancos de baja resolución sobre un fondo negro.
El conjunto Utah, un implante cerebral ampliamente utilizado, es un conjunto cuadrado de unos pocos milímetros de ancho que contiene 100 puntas de electrodos que se insertan en el cerebro. Cada pico estimula las neuronas del cerebro. El conjunto es ligeramente más pequeño que la punta elevada del extremo positivo de una batería AAA. Pequeñas puntas de electrodos, cada una de aproximadamente un milímetro de alto, parecen un lecho de clavos en miniatura. Cada pico es capaz de suministrar corriente a una o cuatro neuronas.
El implante que transmite imágenes de vídeo directamente al cerebro es un verdadero avance. La cámara de vídeo adjunta a las gafas envía imágenes a electrodos implantados en la corteza visual del cerebro, lo que permite a los participantes experimentar cierto nivel de visión que antes no era posible.
La tecnología es notable porque evita tanto el ojo como el nervio óptico, que normalmente transmitirían información sensorial al cerebro.
Un estudio de caso sobre implantación cerebral
El neuroingeniero Eduardo Fernández, director de neuroingeniería de la Universidad Miguel Hernández en España, recientemente fue noticia por empoderar a una mujer ciega con visión rudimentaria enviando información visual directamente a su cerebro.
La paciente en cuestión, Bernadeta Gómez, de 57 años, estaba completamente ciega desde los 42 años, cuando comenzó a sufrir una neuropatía óptica tóxica, una afección que cortó por completo la conexión entre los ojos y el cerebro.
Fernández implantó un pequeño chip en el cerebro de Gómez, que contenía electrodos de 100 milímetros de largo que estimulaban neuronas específicas que le permitieron ver una imagen de cerca del mundo por primera vez en 16 años. Vio el mundo a través de fosfenos, una experiencia de ver la luz sin ser provocada por la estimulación de la retina, lo que le dio una percepción débil de las formas y el espacio a su alrededor con una resolución aproximada de 10×10 píxeles.
Para compensar la mala resolución, Fernández incorporó un software de reconocimiento facial que la ayudó a asociar el conjunto de fosfenos correspondientes que recibió a través del dispositivo con personas específicas. El dispositivo incluía un cinturón con un botón para amplificar objetos oscuros bajo el sol o objetos claros en la oscuridad.
El sistema permitió a la mujer tener una visión “rudimentaria”, a pesar de la destrucción de los haces de nervios que conectaban los ojos con el cerebro. Pudo ver una versión de baja resolución de cómo es el mundo. Las gafas permitieron identificar letras, luces y personas. Parecían puntos y formas brillantes blanquecinos y amarillentos, pero era al menos una apariencia del mundo en lugar de pura oscuridad.
Desafíos para restaurar la visión
El implante tiende a deteriorarse debido a procesos naturales del cuerpo. El sistema inmunológico del cuerpo comienza a descomponer los electrodos que dañan o cicatrizan el tejido cerebral circundante. La cicatrización eventualmente debilita la señal y los electrodos solo pueden interactuar con un puñado de neuronas, lo que eventualmente las vuelve inútiles. La prótesis se puede dejar en el cerebro por un corto período de tiempo, ya que nadie sabe cuánto tiempo pueden durar los electrodos sin degradar el implante o el cerebro del usuario.
Otra desventaja es que 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.
El camino por delante
La investigación de Fernández señala el camino para otros proyectos ambiciosos que apuntan a cerrar la brecha entre las computadoras y los humanos utilizando interfaces cerebro-computadora (BCI). Significativamente, BCI tiene como objetivo cambiar la calidad de vida de las personas con discapacidad. La Royal Society de Gran Bretaña ha pedido que se preste más atención al desarrollo y regulación de BCI, diciendo que la tecnología tiene el potencial de marcar el comienzo de una "nueva forma colaborativa de inteligencia".
El proceso de Fernández también depende de algo más que hardware. Implementa aprendizaje automático para escribir software que traduce información visual en código neuronal que puede refinarse aún más. En el futuro, a medida que los científicos trabajen en implantes cerebrales en su conjunto, los componentes sin duda mejorarán en paralelo.
Fernández cree que su implante se puede modificar para que dure más, y aunque la resolución máxima actual es de 10 por 10 píxeles, su objetivo es lograr una resolución de al menos 60 por 60 píxeles implantando hasta 6 electrodos en cada lado del cerebro.
Investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard han estado trabajando en un nuevo tipo de implante que no se ve afectado por el tejido cicatricial. Para eliminar la necesidad de penetrar el órgano, estos nuevos electrodos se colocan debajo del cráneo para descansar sobre la superficie del cerebro. Además, se utilizan potentes campos magnéticos en lugar de electrodos para inducir la actividad cerebral.
El ambicioso proyecto Neuralink de SpaceX y el director ejecutivo de Tesla, Elon Musk, tiene como objetivo desarrollar implantes que se inserten directamente en las neuronas y proporcionen comunicación bidireccional entre el cerebro y una aplicación de teléfono inteligente. Quiere llevar la informática a personas con pérdida grave de función cerebral. Para lograr una mayor precisión, quiere que los implantes quirúrgicos no sean grandes y que los complete un robot. Neuralink está desarrollando electrodos blandos en forma de hilo para que un robot pueda unirlos hábilmente al tejido cerebral. La organización pretende incluir 3.000 electrodos en su dispositivo para conectar muchas más neuronas de las que es posible actualmente.
De hecho, cada vez se desarrollan más tecnologías nuevas en el campo de las prótesis visuales. Normalmente, las gafas de visión están conectadas a la corriente, a la computadora y al implante mediante cables. El dispositivo ideal debe ser inalámbrico para que pueda durar mucho tiempo (limitando el número de cirugías necesarias) y ofrecer mayor precisión y resolución. Podría eliminar por completo los electrodos, utilizando luz o productos químicos para controlar las neuronas editadas genéticamente.