Σίλα Νίρενμπεργκ: Προσθετικό μάτι για τη θεραπεία της τύφλωσης

Μελετώ τους τρόπους που ο εγκέφαλος επεξεργάζεται πληροφορίες. Δηλαδή, πως προσλαμβάνει πληροφορίες απο τον έξωτερικό κόσμο,και τις μετατρέπει σε μοτίβα ηλεκτρικής δραστηριότητας, και μετά πώς χρησιμοποιεί αυτά τα μοτίβα για να μας επιτρέψει να κάνουμε πράγματα-- να δούμε, να ακούσουμε, να φτάσουμε ένα αντικείμενο. Είμαι, λοιπόν, επιστήμονας της βασικής έρευνας, και όχι κλινικός, αλλά εδώ και ενάμισι χρόνο άρχισα να επεκτείνομαι,να χρησιμοποιώ τις γνώσεις που έχουμε αποκτήσει σχετικά με αυτά τα μοτίβα δραστηριότητας για να αναπτύξουμε προσθετικά εργαλεία, και αυτό που ήθελα να κάνω σήμερα είναι να σας δώσω ενα παράδειγμα. Είναι πράγματι η πρώτη μας έρευνα για το θέμα. Το θέμα είναι η ανάπτυξη ενός προσθετικού εργαλείου για τη θεραπεία της τύφλωσης.

Ξεκινώ, λοιπόν, αναφερόμενη στο πρόβλημα. Υπάρχουν 10 εκατομμύρια άνθρωποι στις Ηνωμένες πολιτείες και πολλοί περισσότεροι παγκοσμίως που είναι τυφλοί ή κοντά στην τύφλωση εξαιτίας κάποιων ασθενειών του αμφιβληστροειδούς,ασθένειες όπως ο εκφυλισμός της ωχράς κηλίδας, και δε μπορεί κανείς να κάνει πολλά πράγματα γι΄ αυτούς. Υπάρχουν κάποιες φαρμακευτικές θεραπείες,αλλά είναι αποτελεσματικές μόνο σε ένα μικρό μέρος του πληθυσμού. Και έτσι, για τη μεγαλύτερη πλειοψηφία των ασθενών η καλύτερη ελπίδα να επανακτήσουν την όρασή τους είναι διαμέσου τα τεχνητών εργαλείων. Το πρόβλημα είναι ότι τα προσθετικά που έχουμε στη διάθεσή μας δε λειτουργούν και πολύ καλά. Η δυνατότητα όρασης που προσφέρουν είναι περιορισμένη. Και για παράδειγμα, με τη χρήση αυτών των εργαλείων οι ασθενείς μπορούν να δουν απλά πράγματα όπως έντονο φως και περιγράμματα με έντονες αντιθέσεις, όχι πολλά περισσότερα,κι έτσι δεν έχει καταστεί δυνατό να πλησιάσουμε την φυσιολογική όραση.

Αυτό, λοιπόν, για το οποίο θα σας μιλήσω σήμερα είναι ένα εργαλείο πάνω στο οποίο εργαζόμαστε που νομίζω οτι έχει τη δυνατότητα να κάνει τη διαφορά, να είναι περισσότερο αποτελεσματικό, και θα ήθελα να σας δείξω πώς λειτουργεί. Εντάξει, ας κάνω μια μικρή αναδρομή για να σας δείξω πως λειτουργεί ενας φυσιολογικός αμφιβληστροειδής πρώτα, για να μπορείτε να δείτε το πρόβλημα που προσπαθούμε να λύσουμε. Αυτός είναι ο αμφιβληστροειδής. Έχουμε λοιπόν μια εικόνα, εναν αμφιβληστροειδή, και εναν εγκέφαλο. Ετσι, όταν κοιτάμε κάτι, όπως αυτή εδώ η εικόνα του προσώπου του μωρού, έρχεται στο μάτι μας και προσγειώνεται στον αμφιβληστροειδή, στα κύταρα του εμπρόσθιου άκρου εδώ, στους φωτοϋποδοχείς. Και αυτό που συμβαίνει είναι οτι το κύκλωμα του αμφιβληστροειδούς το μεσαίο τμήμα, πηγαίνει και δουλεύει στην εικόνα, και αυτό που κάνει είναι να εκτελεί λειτουργίες στην εικόνα να αποσπά πληροφορίες απ΄αυτήν και να τις μετατρέπει, αυτές τις πληροφορίες, σε εναν κώδικα. Και αυτός ο κώδικας έχει τη μορφή αυτών των μοτίβων ηλεκτρικών παλμών που αποστέλλονται στον εγκέφαλο, και ετσι το κλειδί είναι οτι η εικόνα τελικά μετατρέπεται σε εναν κώδικα.Και όταν λεω κώδικα εννοώ στην κυριολεξία κώδικα. Όπως αυτη η συστοιχία των παλμών εδω σημαίνει " πρόσωπο μωρού", και έτσι όταν ο εγκέφαλος δέχεται αυτη τη συστοιχία παλμών , ξέρει οτι αυτό που βρισκόταν εκεί ήταν το πρόσωπο ενός μωρού, και αν είχε ενα διαφορετικό μοτίβο θα γνώριζε οτι αυτό που ήταν εκει, ήταν ενας σκύλος, για παράδειγμα, ή ενα άλλο μοτίβο θα ήταν ενα σπίτι. Εν πάσει περιπτώσει, αντιλαμβάνεστε την ιδέα.

Και ασφαλώς στην πραγματικότητα όλα έχουν δυναμική με την έννοια ότι αλλάζουν διαρκώς και έτσι τα μοτίβα των παλμών αλλάζουν διαρκώς επειδή ο κόσμος που βλέπουμε αλλάζει διαρκώς. Είναι, ξέρετε, ενα κάπως πολύπλοκο πράγμα. ¨Εχουμε αυτά τα μοτίβα των παλμών που εκπέμπονται από τα μάτια μας κάθε χιλιοστό του δευτερολέπτου πληροφορώντας τον εγκέφαλό μας τι είναι αυτό που βλέπουμε. Τι συμβαίνει,λοιπόν, όταν κάποιος έχει μια ασθένεια εκφυλισμού του αμφιβληστροειδούς όπως ο εκφυλισμός ωχράς κηλίδας; Αυτό που συμβαίνει είναι οτι τα κύτταρα του εμπροσθίου άκρου πεθαίνουν, και οι φωτοϋποδοχείς πεθαίνουν, και με τον καιρό όλα τα κύτταρα και τα κυκλώματα που είναι συνδεδεμένα μαζί τους, πεθαίνουν κι αυτά. Μέχρι στο σημείο που τα μόνα κύτταρα που απομένουν είναι αυτά εδω, τα κύτταρα εξόδου, αυτά που στέλνουν τα μηνύματα στον εγκέφαλο, αλλά εξαιτίας αυτού του εκφυλισμού δε στέλνουν πλέον μηνύματα. Δεν υπάρχει πρόσληψη και έτσι ο εγκέφαλος αυτού του ανθρώπου δε λαμβάνει πλέον κάποιες οπτικές πληροφορίες- δηλαδή είναι τυφλός ή τυφλή.

Μια λύση, επομένως, στο πρόβλημα θα ήταν να διαμορφωθεί ένα εργαλείο που θα μπορούσε να μιμηθεί τις δράσεις του κυκλώματος του εμπρόσθιου άκρου και να στέλνει σήματα στα κύτταρα εξόδου του αμφιβληστροειδούς, και αυτά να επιστρέφουν και να κάνουν την κανονική τους δουλειά που είναι η αποστολή μηνυμάτων στον εγκέφαλο. Πάνω σ' αυτό δουλεύουμε, λοιπόν, και αυτό είναι που κάνει η δική μας προσθετική. Αποτελείται απο δυο μέρη, αυτό που αποκαλούμε εναν κωδικοποιητή και εναν μορφομετατροπέα. Ο κωδικοποιητής, λοιπόν,κάνει αυτό ακριβώς που σας έλεγα: μιμείται τις λειτουργίες του κυκλώματος του εμπροσθίου άκρου- έτσι προσλαμβάνει εικόνες και τις μετατρέπει μέσα στον κώδικα του αμφιβληστροειδούς. Και, στη συνέχεια, ο μορφομετατροπέας κάνει τα κύτταρα εξόδου να στέλνουν τον κώδικα προς τον εγκέφαλο, και το αποτέλεσμα είναι ένας τεχνητός αμφιβληστροειδής που μπορεί να παράγει αποτελέσματα φυσιολογικού αμφιβληστροειδούς. Επομένως, ένας εντελώς τυφλός αμφιβληστροειδής, ακόμα και αυτός που στερείται κύκλωμα εμπροσθίου άκρου, και δεν έχει φωτοϋποδοχείς, μπορεί τώρα να στέλνει φυσιολογικά σήματα, σήματα που είναι κατανοητά απο τον εγκέφαλο. Έτσι, κανένα άλλο εργαλείο δε στάθηκε ικανό να κάνει τέτοιο πράγμα.

Ωραία, θα ήθελα με δυο κουβέντες, να πω κάτι σχετικά με τον κωδικοποιητή και τι κάνει, διότι είναι πράγματι το κλειδί και έχει ενδιαφέρον και είναι εκπληκτικό. Δεν είμαι σίγουρη πως "εκπληκτικό" είναι η σωστή λέξη αλλά καταλαβαίνετε τι εννοώ. Αυτό,λοιπόν, που κάνει είναι να αντικαθιστά το κύκλωμα του αμφιβληστροειδούς, στην πραγματικότητα την καρδιά του κυκλώματος, με,μια σειρά από εξισώσεις, εξισώσεις που μπορούμε να εφαρμόσουμε σ'ένα τσιπάκι. Είναι απλώς μαθηματικά. Με άλλα λόγια,δεν αντικαθιστούμε στην κυριολεξία τα συστατικά του αμφιβληστροειδούς. Δεν είναι σα να κάνουμε ενα μίνι εργαλείο για καθε κατηγορία των διαφορετικών κυττάρων. Εχουμε αποσπάσει αυτό που κάνει ο αμφιβληστροειδής με μια σειρά εξισώσεων. Και, έτσι, κατά κάποιον τρόπο,οι εξισώσεις λειτουργούν σαν ένα είδος βιβλίου κωδίκων. Μια εικόνα εισέρχεται, περνά μέσα απο τις εξισώσεις, και στην έξοδο έχουμε ρεύματα ηλεκτρικών παλμών, ακριβώς όπως θα έκανε ο αμφιβληστροειδής.

Τώρα θα σας αποδείξω έμπρακτα πως μπορούμε στην πραγματικότητα να παράγουμε φυσιολογικά αποτελέσματα και ποιά είναι η σημασία αυτής της διαδικασίας. Έχουμε εδω τρία σετ μοτίβων διέγερσης.Το επάνω είναι από ένα φυσιολογικό ζώο, το μεσαίο απο ένα τυφλό ζώο που του δόθηκε θεραπεία με αυτό το εργαλείο κωδικοποιητή-μορφομετατροπέα,και το τελευταίο είναι από ένα τυφλό ζώο που η θεραπεία που του δόθηκε ήταν η κλασική προσθετική. Έτσι, το τελευταίο είναι το πιο σύγχρονο εργαλείο ,που έχουμε στη διάθεσή μας και που βασικά αποτελείται απο ανιχνευτές φωτός χωρίς όμως κωδικοποιητή. Αυτό που κάναμε ,λοιπόν, ήταν να παρουσιάσουμε εικόνες από καθημερινά πράγματα- ανθρώπους,μωρά,παγκάκια πάρκων, ξέρετε,πράγματα που συμβαίνουν καθημερινά-και καταγράψαμε τις αντιδράσεις του αμφιβληστροειδούς αυτών των τριών ομάδων ζώων. Τώρα, για να προσανατολιστείτε, κάθε κουτί δείχνει το μοτίβα διέγερσης πολλών κυττάρων, και όπως ακριβώς και στα προηγούμενα σλάιτ, κάθε σειρά αποτελείται απο διαφορετικό κύτταρο, και έκανα τους παλμούς λίγο μικρότερους και λεπτότερους για να μπορέσω να σας δείξω μια μεγάλη γκάμα δεδομένων.

Οπως βλέπετε, λοιπόν, τα μοτίβα διέγερσης του τυφλού ζώου που ακολούθησε θεραπεία με τον κωδικοποιητή-μορφομετατροπέα ταιριάζουν αρκετά με τα φυσιολογικά μοτίβα διέγερσης-- και δεν είναι τέλειο,αλλά είναι αρκετά καλό- και του τυφλού ζώου που ακολούθησε θεραπεία με την κλασική προσθετική, οι αντιδράσεις δεν ταιριάζουν. Ετσι,λοιπόν, με την κλασική μέθοδο τα κύτταρα διεγείρονται, αλλά δε διεγείρονται στα κλασικά μοτίβα διέγερσης επειδή δεν έχουν τον σωστό κώδικα. Πόσο σημαντικό είναι αυτό; Ποια είναι η δυνατή επίδραση στη δυνατότητα του ασθενούς να δει; Θα σας δείξω λοιπόν, ενα στοιχειώδες πείραμα που απαντά στο ερώτημα, και ασφαλώς έχω στη διάθεσή μου και πολλά άλλα δεδομένα, και αν ενδιαφέρεστε θα χαιρόμουν να σας τα δείξω. Έτσι λοιπόν, το πείραμα λέγεται πείραμα αναπαράστασης. Ετσι,στη διάρκεια αυτών των καταγραφών,ασχοληθήκαμε λίγο με το ερώτημα ,που είναι τι μπορούσε να δει ο αμφιβληστροειδής εκείνη τη στιγμή; Μπορούμε να αναπαραστήσουμε αυτό που έβλεπε ο αμφιβληστροειδής απο τις αντιδράσεις των διεγερμένων μοτίβων;

Οταν,λοιπόν, το κάναμε αυτό αναμένοντας αντιδράσεις απο την παραδοσιακή μέθοδο και από τον κωδικοποίητή μας και μορφομετατροπέα. Θα σας δείξω λοιπόν,και θα ξεκινήσω με την κλασική μέθοδο . Οπως βλέπετε αυτή η μέθοδος έχει περιορισμένες δυνατότητες, και επειδή τα μοτίβα διέγερσης δε βρίσκονται στον σωστό κώδικα, είναι πολύ περιορισμένα στις πληροφορίες που μας δίνουν σχετικά με το τι υπάρχει εκει πέρα. Έτσι, βλέπουμε οτι υπάρχει κάτι εκεί αλλά δεν είναι τόσο καθαρό τι είναι αυτό το κάτι, και επανερχόμαστε σ' αυτό που σας έλεγα στην αρχή οτι δηλαδή με την κλασική μέθοδο, οι ασθενείς μπορούν να δουν περιγράμματα με έντονες αντιθέσεις, μπορούν να δουν φως αλλά πέρα απ' αυτό δεν είναι εύκολα τα πράγματα.Ποιά ήταν λοιπόν, η εικόνα;Ηταν το πρόσωπο ενός μωρού. Πως θα ήταν τα πράγματα με την δική μας προσέγγιση και την προσθήκη του κώδικα;Και βλέπετε οτι είναι πολύ καλύτερα. Οχι μόνο διακρίνεται οτι είναι πρόσωπο μωρού αλλά διακρίνεται οτι είναι το πρόσωπο συγκεκριμένου μωρού που πράγματι αξίζει την προσπάθεια. Έτσι, λοιπόν, αριστερά είναι ο αποκωδικοποιητής μόνο, και στα δεξιά απο εναν πραγματικά τυφλό αμφιβληστροειδή, ο κωδικοποιητής και ο μορφομετατροπέας. Αλλά το κλειδί βρίσκεται στον αποκωδικοποιητή και μόνο, επειδή μπορούμε να βάλουμε τον αποκωδικοποιητή με διαφορετικό μορφομετατροπέα.

Αυτή είναι στην πραγματικότητα η πρώτη μας προσπάθεια. Θα ήθελα να προσθέσω κάτι για την παραδοσιακή μέθοδο. Οταν πρωτοεμφανίστηκε, ήταν πράγματι εντυπωσιακή, η ιδέα να μπορείς να κάνεις εναν τυφλό αμφιβληστροειδή να ανταποκρίνεται. Ωστόσο, υπήρχε ενας περιοριστικός παράγοντας, το θέμα του κώδικα ,και πως να κάνουμε τα κύτταρα να ανταποκρίνονται καλύτερα, να παράγουν φυσιολογικές αντιδράσεις, και έτσι αυτή ήταν η δική μας συμβολή. Τώρα θα ήθελα να συνοψίσω, και όπως ανέφερα νωρίτερα έχω στη διάθεση μου πολλά δεδομένα εάν ενδιαφέρεστε, αλλά ήθελα απλώς να σας δώσω αυτή την βασική ιδέα του να μπορεί κάποιος να επικοινωνεί με τον εγκέφαλο στη γλώσσα του, και τη δυνατότητα να είναι ικανός να το κάνει. Με την έννοια αυτή διαφέρει απο την προσθετική μελών όπου επικοινωνείς απο τον εγκεφαλο με ένα εργαλείο. Εδω επικοινωνούμε απο τον έξω κόσμο προς τον εγκέφαλο και γινόμαστε κατανοητοί, απο τον εγκεφαλο.

Και το τελευταίο πράγμα που θα ήθελα να πω, είναι να δώσω έμφαση στην ιδέα της γενικοποίησης. Ετσι την ίδια στρατηγική που χρησιμοποιήσαμε για να βρούμε τον κώδικα του αμφιβληστροειδούς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να βρούμε τον κώδικα και για άλλα συστήματα, για παράδειγμα, το σύστημα ακοής,και το κινητικό σύστημα,για τη θεραπεία της κώφωσης και για κινητικά προβλήματα. Ετσι,λοιπόν, με τον ίδιο τρόπο που μπορέσαμε να υπερπηδήσουμε το κατεστραμμένο κύκλωμα του αμφιβληστροειδούς για να φτάσουμε στα κύτταρα εξόδου του αμφιβληστροειδούς, μπορούμε να υπερπηδήσουμε το κατεστραμμένο κύκλωμα στον κοχλία και να φτάσουμε στο ακουστικό νεύρο, η να υπερπηδήσουμε κατεστραμμένες περιοχές του φλοιού στο κινητικό φλοιό,για να γεφυρώσουμε το χάσμα που προκαλείται απο ένα εγκεφαλικό.

Θα ήθελα να κλείσω με ένα απλό μήνυμα, οτι η κατανόηση του κώδικα είναι πολύ ,παρα πολυ σημαντική, και εάν μπορούμε να κατανοήσουμε τον κώδικα, τη γλώσσα του εγκεφάλου, διαμορφώνονται δυνατότητες, που δεν υπήρχαν πριν. Ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)