Sheila Nirenberg: Una prótesis ocular para tratar la ceguera

Me dedico a estudiar los procesos de información en el cerebro. Osea, cómo capta información externa y la convierte en patrones de actividad eléctrica, y cómo usa esos patrones para poder hacer cosas; para ver, oír, alcanzar objetos. En realidad soy básicamente investigadora y no médica que trata a pacientes, pero en el último año y medio comencé a cambiar, a usar lo que hemos aprendido sobre patrones de actividad para desarrollar prótesis. Lo que haré hoy es mostrarles un ejemplo de esto. Es nuestra primera incursión. Es el desarrollo de una prótesis para corregir la ceguera.

Permítanme comenzar con el problema. En EEUU hay 10 millones de personas y muchos más en todo el mundo, ciegas, o que están a punto de quedar ciegas por males de retina, como la degeneración macular. Y no se puede hacer mucho para ayudarles. Hay tratamientos farmacológicos pero sólo son efectivos para una pequeña parte de la población. Para la gran mayoría de los pacientes, la mayor esperanza de recuperar la vista es mediante prótesis. El problema es que las prótesis actuales no funcionan muy bien. Son muy limitadas en la visión que pueden proporcionar. Por ejemplo, en el caso de esos aparatos, los pacientes ven cosas sencillas como luces brillantes y bordes de alto contraste y no mucho más. No se ha logrado nada parecido a la visión normal.

Pero hoy quiero contarles algo sobre una prótesis en la que estamos trabajando que pienso, tiene el potencial para marcar una diferencia mucho más efectiva. Lo que haré es mostrarles cómo funciona. Permítanme retroceder un tanto y mostrarles primero como funciona una retina normal, para que vean el problema que tratamos de resolver. Aquí tenemos una retina. Tenemos una imagen, una retina y un cerebro. Al mirar algo, como esta imagen de la cara de un bebé, llega al ojo y se coloca en la retina, en las células de la parte delantera, los fotoreceptores. Entonces los circuitos de la retina, en la zona intermedia, empiezan a trabajar y llevan a cabo algunas operaciones, extraen la información y la convierten en un código. Ese código tiene la forma de patrones de pulsos eléctricos que se envían hacia el cerebro. Lo importante es que la imagen finalmente se convierte en un código. Digo código en sentido literal. Este patrón de pulsos aquí, se traduce en "cara de bebé". Así, cuando el cerebro recibe este patrón de pulsos, sabe que lo que había allá afuera era una cara de bebé. Si recibe un patrón diferente, sabrá que lo que había era, por ejemplo, un perro, u otro patrón, podría ser una casa. Creo que entienden la idea.

Claro, en la vida real todo es muy dinámico, o sea que cambia todo el tiempo. Los patrones de pulsos cambian porque el mundo que miramos también cambia. Es algo bastante complicado. Tenemos patrones de pulsos provenientes de los ojos cada milisegundo que dicen al cerebro lo que ven. ¿Qué le ocurre a una persona con una enfermedad de la retina como la degeneración macular? Lo que sucede es que mueren las células frontales, los fotoreceptores, y con el tiempo, todas las células y los circuitos conectados a ellas mueren también, hasta quedar únicamente estas células, las células de salida, las que mandan las señales al cerebro. Pero debido a toda esa degeneración ya no pueden enviar ninguna señal. No tienen ninguna entrada, por tanto el cerebro de la persona ya no recibe ninguna información; es decir, está ciega.

Una solución al problema sería entonces construir un aparato que imitara las acciones de los circuitos frontales y enviara señales a las células de salida de la retina, de modo que éstas retomaran su función normal de mandar señales al cerebro. Es en esto en lo que trabajamos y esto es lo que hace nuestra prótesis. Consta de dos partes llamadas codificador y transductor. Lo que hace el codificador es simplemente lo que dije: imita las acciones de los circuitos frontales capta imágenes y las convierte en códigos de retina. Luego el transductor hace que las células de salida envíen el código al cerebro. El resultado es una prótesis de retina que puede producir salida de retina normal. Así, una retina completamente ciega, aunque no tenga ningún circuito frontal, sin fotoreceptores, ahora puede enviar señales normales que el cerebro puede interpretar. Ningún otro aparato ha podido hacer esto.

Sólo quiero decir una o dos frases sobre lo que es el codificador y lo que hace, porque en realidad es la parte central. Es interesante, es genial. No estoy segura si la palabra "genial" es la correcta, pero Uds. me entienden. Lo que hace es que reemplaza los circuitos de la retina, osea la esencia de esos circuitos, con un conjunto de ecuaciones que podemos implementar en un chip. Puras matemáticas. En otras palabras, no reemplazamos los componentes de la retina. No hacemos un aparato en miniatura para cada uno de los diversos tipos de células. Simplemente hemos abstraído el funcionamiento de la retina con unas ecuaciones. Las ecuaciones, en cierta forma, sirven como diccionario. Llega una imagen, pasa por las ecuaciones y sale una secuencia de pulsos eléctricos, como los de una retina normal.

Ahora permítanme mostrar en la práctica, cómo podemos producir una visión normal. Veremos las implicaciones. Aquí hay tres conjuntos de patrones de señales. La de arriba es de un animal normal. La del medio es de un animal ciego que ha sido tratado con el mecanismo codificador-transductor y la inferior es de un animal tratado con una prótesis corriente. La última es el sistema más moderno de los existentes en la actualidad, básicamente hecho con detectores de luz, sin codificador. Lo que hicimos fue presentar una película sobre cosas corrientes; gente, bebés, bancos de parque, osea, cosas normales que suceden, y grabamos las respuestas de las retinas de estos tres grupos de animales. Simplemente como orientación, cada cuadro muestra los patrones de varias células, y, como en las gráficas anteriores, cada fila es una célula diferente. Sólo que aquí reduje un tanto los pulsos y los hice más delgados para mostrar una larga cadena de datos.

Como pueden ver, los patrones de señales de los animales ciegos tratados con el codificador-transductor, realmente se ajustan a los normales; no es perfecto, pero sí bastante bueno. Y en el caso del animal ciego tratado con la prótesis corriente, las respuestas no se parecen. Con el método corriente las células sí emiten señales, pero no con los patrones normales, porque no tienen el código correcto. ¿Qué es lo importante de esto? ¿Cuál es el impacto potencial en la capacidad de ver de un paciente? Sólo les mostraré los resultados de un experimento que responde a esto. Claro que tengo muchos más datos; si tienen interés, me encantaría mostrarles más. Éste se llama experimento de reconstrucción. Lo que hicimos fue tomar un momento de esas grabaciones y preguntarnos, ¿qué veía la retina en ese momento? ¿Podríamos reconstruir lo que la retina veía, a partir de las respuestas de los patrones de señales?

Esto lo hicimos con las respuestas del método corriente y con las del codificador y transductor. Aquí están. Comienzo con el método corriente, primero. Como pueden ver, es muy imperfecto. Como los patrones de señales no están en el código correcto, son muy inadecuados sobre lo que pueden mostrar de lo que había. Se puede ver que hay algo ahí, pero no está muy claro qué es. De esto hablaba al principio sobre el método corriente. Los pacientes pueden ver bordes de alto contraste, pueden ver la luz, pero no mucho más que eso. Entonces, ¿Cuál era la imagen? La cara del bebé. Y ¿cómo es con nuestro método, si se añade el código? Como pueden ver es mucho mejor. No sólo se puede decir que es la cara de un bebé, sino que es la cara de ese bebé, lo cual es ya un reto bastante exigente. A la izquierda está el del codificador solo, y a la derecha, el de una retina ciega, con el codificador y el transductor El elemento clave es el codificador solo, porque se puede conectar con un transductor diferente.

Este es el primero que ensayamos. Quisiera decir algo sobre el método corriente. Cuando salió por primera vez, fue algo muy emocionante; era la idea de poder hacer que una retina ciega respondiera. Pero existía este factor limitador, el del código y cómo hacer que las células respondieran mejor, que produjeran respuestas normales, y ésta es nuestra contribución. Ahora quiero terminar. Como dije antes, tengo muchos datos más, si tienen interés. Todo lo que quería mostrar era la idea básica de que podemos comunicarnos con el cerebro en su lenguaje, y la capacidad potencial de poder hacerlo. Esto es diferente de las prótesis de movimiento donde la comunicación va del cerebro al aparato. Aquí tenemos que comunicarnos desde el mundo exterior hacia el cerebro y lograr que éste nos entienda.

Lo último que quiero destacar es que la idea se puede generalizar. La misma estrategia que usamos para hallar el código de la retina, también puede usarse para encontrar otros códigos, por ejemplo, del sistema auditivo y del sistema motriz, para tratar la sordera y los trastornos de movimiento. De la misma manera que hemos evitado los circuitos deteriorados de la retina para llegar a las células de salida, así mismo podremos evitar los circuitos defectuosos de la cóclea para llegar al nervio auditivo, o evitar las áreas defectuosas del área motriz de la corteza cerebral, para evitar el vacío dejado por una apoplejía.

Terminaré con un sencillo mensaje diciendo que entender el código es algo realmente muy importante, y si podemos entender el lenguaje del cerebro, las cosas que antes no parecían factibles, ahora serán posibles. Gracias.

(Aplausos)