Sheila Nirenberg: Uma prótese de olho para tratar cegueira

Estudo como o cérebro processa informação. Isto é, como ele pega informação do mundo exterior e a converte em padrões de atividade elétrica, e, então, como ele usa esses padrões para permitir que você faça coisas -- ver, ouvir, alcançar um objeto. Então, sou basicamente uma cientista, não uma médica, mas no último ano e meio comecei a mudar, a usar o que aprendemos sobre esses padrões de atividade para desenvolver dispositivos de prótese, e o que eu queria fazer hoje é mostrar a vocês um exemplo disso. É realmente nossa primeira incursão nisso. É o desenvolvimento de um aparelho de prótese para tratar cegueira.

Deixem-me começar com o problema. Há 10 milhões de pessoas nos E.U.A e muitos mais no mundo todo que são cegos ou estão se tornando cegos devido a doenças da retina, doenças como degeneração macular, e pouco existe que possa ser feito por elas. Há alguns tratamentos com medicamentos, mas eles são eficazes para apenas uma pequena fração da população. Assim, para a grande maioria dos pacientes, a melhor expectativa deles para recuperar a visão é através de dispositivos de prótese. O problema é que as próteses atuais não funcionam muito bem. Elas ainda são muito limitadas no campo de visão que proporcionam. Dessa forma, sabem, por exemplo, com esses dispositivos, os pacientes podem ver coisas simples como luzes brilhantes e bordas de contrastes fortes, não muito mais, portanto, nada próximo da visão normal tem sido possível.

Assim, aquilo sobre o que vou lhes falar hoje é um dispositivo no qual estamos trabalhando que, penso, tem o potencial de fazer diferença, ser muito mais eficiente, e o que eu queria fazer é mostrar a vocês como ele funciona. Ok, deixem-me retroceder" um pouquinho e mostrar a vocês primeiro como uma retina normal funciona para que vocês possam ver o problema que estamos tentando resolver. Aqui você tem um retina. Você tem uma imagem, uma retina e um cérebro. Assim, quando você olha para algo, como esta imagem do rosto de um bebê, ela vai para seu olho e repousa na sua retina, nessas células frontais aqui, os fotorreceptores. A seguir o que acontece é que o circuito da retina, a parte média, vai trabalhar nisso, e o que ela faz é executar operações nisso, ela extrai informação disso e converte essa informação em um código. E o código é em forma desses padrões de pulsos elétricos que são enviados para o cérebro, portanto, o elemento chave é que a imagem, em última análise, é convertida em um código. E quando digo código, eu literalmente me refiro a código. Como esse padrão de pulsos aqui, na verdade, significa "rosto de bebê", e assim, quando o cérebro tem esse padrão de pulsos, ele sabe que aquilo lá era um rosto de bebê, e se ele tivesse um padrão diferente, ele saberia que o que estava lá era, digamos, um cachorro, ou um outro padrão seria uma casa. De qualquer forma, vocês entenderam a ideia.

E, é claro, na vida real, tudo é dinâmico, significando que está mundando o tempo todo, portanto, os padrões de pulsos estão mudando o tempo todo porque o mundo para o qual você está olhando está mudando o tempo todo também. Sabem, é uma coisa meio complicada. Você tem esses padrões de pulsos vindo de seu olho a cada milissegundo dizendo ao seu cérebro o que você está vendo. Então, o que acontece quando uma pessoa tem um doença degenerativa na retina como a degeneração macular? O que acontece é isso, as células frontais morrem, os fotorreceptores morrem e, com o tempo, todas as células e circuitos que estão ligados a elas morrem também. Até que a única coisa que resta são essas células aqui, as células processadoras, aquelas que enviam os sinais ao cérebro, mas, por causa de toda essa degeneração, elas não estão enviando mais nenhum sinal. Elas não estão recebendo nenhum dado, assim o cérebro da pessoa não obtém mais nenhuma informação visual -- ou seja, ele ou ela está cego.

Dessa maneira, a solução para o problema, portanto, seria construir um dispositivo que pudesse imitar as ações desse circuito frontal e enviar sinais para as células processadoras da retina, para que elas possam voltar a fazer seu trabalho normal de enviar sinais ao cérebro. Assim, isto é aquilo em que estivemos trabalhando e isto é o que nossa prótese faz. Ela consiste de duas partes que chamamos de codificador e transdutor. Assim, o codificador faz exatamente o que eu dizia: ele imita as ações do circuito frontal -- ele pega imagens e as converte no código da retina. E, a seguir, o transdutor faz as células processadoras enviarem o código ao cérebro, e o resultado é uma prótese da retina que pode produzir os efeitos normais da retina. Assim, uma retina completamente cega, mesmo uma sem nenhum circuito frontal, sem fotorreceptores, pode agora enviar sinais normais, sinais que o cérebro pode entender. Nenhum outro dispositivo foi capaz de fazer isto.

Ok, eu queria apenas usar uma ou duas frases para dizer algo sobre o codificador e o que ele faz, porque ele é realmente a parte chave e é interessante e legal. Não sei se "legal" é na verdade a palavra certa, mas vocês sabem o que quero dizer. Então, o que ele está fazendo é substituir o circuito da retina, na verdade, as entranhas do circuito da retina, por um conjunto de equações, um conjunto de equações que podemos acrescentar a um chip. Assim é apenas matemática. Em outras palavras, não estamos literalmente substituindo os componentes da retina. Não é como se estivéssemos fazendo pequeninos minidispositivos para cada um dos diferentes tipos de células. Apenas abstraímos o que a retina faz com um conjunto de equações. E assim, de certa forma, as equações estão servindo como um tipo de codificador. Uma imagem surge, passa pelo conjunto de equações e saem correntes de pulsos elétricos, exatamente como uma retina normal produziria.

Agora deixem-me ser coerente com minhas afirmações e mostrar-lhes que podemos realmente produzir resultados normais e quais são as implicações disso. Aqui estão três conjuntos de padrões de acendimento. O do topo é de um animal normal, o do meio é de um animal cego que está sendo tratado com este dispositivo codificador-transdutor, e o da base é de um animal cego tratado com uma prótese padrão. Aquele da base é o nível mais alto de desenvolvimento do dispositivo que existe por aí agora, que é basicamente feito de detetores de luz, mas sem codificador. Então o que fizemos foi: apresentamos filmes de coisas cotidianas -- pessoas, bebês, bancos de parque, sabem, coisas normais acontecendo -- e gravamos as respostas das retinas desses três grupos de animais. Apenas para orientá-los, cada caixa está mostrando os padrões de acendimento de várias células e, exatamente como nos slides anteriores, cada linha é um célula diferente, e apenas tornei os pulsos um pouco menores e mais finos para que pudesse mostrar a vocês um trecho longo de dados.

Assim, como podem ver, os padrões de acendimento do animal cego tratado com o codificador-transdutor realmente se aproximam muito dos padrões de acendimento normais -- não está perfeito, mas é bastante bom -- e no animal cego tratado com a prótese padrão, as respostas realmente não são boas. Dessa forma, com o método padrão, as células de fato acendem, apenas não acendem nos padrões normais de acendimento porque elas não têm o código correto. Quão importante é isso? Qual é o impacto potencial na habilidade de ver de um paciente? Vou mostrar-lhes exatamente um experimento de base que responde essa questão, e, claro, tenho muitos outros dados, e se estiverem interessados fico feliz em mostrar-lhes. O experimento é chamado de experiência de reconstrução. O que fizemos foi: pegamos um momento dessas gravações e perguntamos, o que a retina estava vendo nesse momento? Podemos reconstruir o que a retina estava vendo a partir das respostas dos padrões de acendimento?

Assim, fizemos isso para respostas do método padrão e de nosso codificador e transdutor. Deixem-me mostrar-lhes, e vou começar com o método padrão primeiro. Então, podem ver que é bastante limitada, e porque os padrões de acendimento não estão no código correto, eles são muito limitados naquilo que conseguem captar sobre o que está lá fora. Portanto, você pode ver que há alguma coisa lá, mas não está tão claro qual é essa coisa, e isso remete exatamente ao que eu dizia no começo, que com o método padrão os pacientes podem ver bordas de alto contraste, eles podem ver luz, mas não vai muito além disso. Então qual era a imagem? Era um rosto de bebê. E com a nossa abordagem, adicionando o código? Podem ver que é muito melhor. Não apenas você pode dizer que é o rosto de um bebê, mas você pode dizer que é o rosto daquele bebê, o que é uma tarefa realmente desafiadora. A da esquerda é do codificador apenas, e a da direita é de uma retina cega real, daí o codificador e o transdutor. Mas o elemento chave realmente é apenas o codificador, porque podemos acoplar o codificador com um transdutor diferente.

Este na verdade é o primeiro que testamos. Queria apenas dizer algo sobre o método padrão. Quando isto surgiu, era realmente uma coisa entusiasmante, a ideia de que você fizesse mesmo uma retina cega responder. Mas havia esse fator limitante, a questão do código, e como fazer as células responder melhor, produzir respostas normais, então essa foi nossa contribuição. Agora, gostaria de resumir, e como mencionei anteriormente, claro, tenho muitos outros dados se estiverem interessados, mas queria dar esse tipo de ideia básica de ser capaz de comunicar com o cérebro na linguagem dele, e o poder potencial de ser capaz de fazer isso. É diferente da prótese motora, na qual você se comunica do cérebro para o dispositivo. Aqui temos que comunicar do mundo exterior para o cérebro e ser entendidos, e ser entendidos pelo cérebro.

E assim, a última coisa que eu queria dizer, realmente, é enfatizar que a ideia se generaliza. Dessa forma, a mesma estratégia que usamos para encontrar o código para a retina podemos também usar para achar o código para outras áreas, por exemplo, o sistema auditivo e o sistema motor, para tratar surdez e desordens motoras. Exatamente da mesma forma que fomos capazes de saltar sobre o circuito danificado na retina para atingir as células processadoras da retina, podemos saltar o circuito danificado da cóclea para chegar ao nervo auditivo, ou saltar sobre áreas danificadas no córtex, no córtex motor, para contornar uma sequela produzida por uma apoplexia.

Queria finalizar com a simples mensagem de que entender o código é realmente, realmente importante, e se podemos entender o código, a linguagem do cérebro, as coisas se tornam possíveis quando não pareciam obviamente possíveis antes. Obrigada

(Aplausos)