Un estudio, publicado en la Science Advances, revela los resultados obtenidos utilizando una nueva generación de neuroprótesis visuales capaz de realizar una comunicación bidireccional con el cerebro. Esta interacción dinámica es capaz de dialogar directamente con la corteza visual para conseguir una visión artificial más natural y funcional. El nuevo sistema ha sido probado con resultados prometedores en dos personas voluntarias ciegas.
El trabajo ha sido desarrollado en el laboratorio de Neuroingeniería Biomédica de la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), perteneciente también al área de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina del CIBER (CIBER-BBN), uno de los laboratorios que exploran las prótesis visuales basadas en implantes cerebrales. El equipo de investigación defiende que, en un futuro, estos implantes podrían ser una herramienta para restaurar una visión funcional en personas ciegas.
“El sistema de visión artificial cortical intenta emular el proceso natural de la visión utilizando una pequeña cámara externa integrada en unas gafas más o menos convencionales, que sustituye a la retina. La información se procesa electrónicamente y se convierte en patrones de estimulación eléctrica que son enviados a la parte del cerebro para procesar la información visual, esto es, la corteza occipital”, explica el catedrático de la UMH y líder del estudio, Eduardo Fernández Jover. “Pero la visión no es un proceso pasivo, sino un intercambio constante de señales e información entre el ojo y el cerebro”, añade el experto, “de manera que los sistemas artificiales tienen que suplir también esta función e intentar replicar el funcionamiento del sistema visual”.
Hasta el momento todas las neuroprótesis visuales son de ‘lazo abierto’ y no tienen en cuenta las respuestas neuronales a la estimulación eléctrica. Sin embargo, cuando un dispositivo realiza una estimulación, el cerebro se adapta, aprende y responde: “Las neuronas que estamos estimulando se pueden volver más sensibles o fatigarse. O tal vez, la señal que enviamos hoy no es la misma que el cerebro espera o necesita mañana, porque él mismo ha cambiado”, comenta Fernández Jover.
Tal y como apunta el investigador, el estudio demuestra que se puede establecer un diálogo bidireccional con el cerebro. “A la vez que generamos los estímulos eléctricos que generan las percepciones visuales, podemos registrar la actividad cerebral y ajustar los patrones de estimulación en función de la respuesta de las neuronas que rodean a los electrodos, igual que sucedería en condiciones normales. Este bucle cerrado aprovecha la capacidad del cerebro para adaptarse y permite transformar el monólogo tradicional en un diálogo bidireccional entre la tecnología y el cerebro, que podría ayudarnos a conseguir una visión artificial más parecida a la natural”.
En 2021, el laboratorio de Neuroingeniería Biomédica de la UMH logró implantar de forma segura en el cerebro de una persona ciega un dispositivo capaz de inducir la percepción de formas y letras con una resolución mucho más alta de lo que se había conseguido hasta esa fecha. Ahora, el equipo ha conseguido desarrollar una tecnología que puede ayudar a marcar la diferencia entre percibir un destello y ver el mundo, ya que el sistema es capaz no solo de “escribir” en el cerebro inyectando patrones eléctricos que evocan percepciones visuales, sino también de “leer” las respuestas neuronales y adaptarse a las mismas en tiempo real. El investigador de la UMH explica que esta tecnología es capaz de inducir percepciones visuales de forma segura y estable: “El nuevo sistema aprende del cerebro y el cerebro aprende del sistema”.
El estudio se ha realizado en colaboración con el Hospital IMED Elche e implica la implantación de un dispositivo muy pequeño, de tan solo 4 milímetros de lado, que contiene 100 microelectrodos individuales. Para la implantación de los microelectrodos, se ha utilizado un robot quirúrgico y un sistema avanzado de neuronavegación que permite llevar a cabo la implantación de manera controlada y segura. Pablo González López, miembro del equipo y neurocirujano del Hospital Doctor Balmis e IMED Hospitales, explica que “gracias a la utilización de esta tecnología podemos guiar la inserción de los electrodos en tiempo real con una gran precisión y seguridad, de manera que se puede realizar toda la implantación a través de un pequeño orificio de sólo 8 a 10 milímetros, evitando la necesidad de realizar una craneotomía. Gracias a ello, las personas que participan en el estudio pueden ser dadas de alta de forma precoz y tienen menos molestias que en un postoperatorio habitual”.
Las personas implantadas han sido capaces de reconocer diversos patrones complejos, movimientos, formas e incluso algunas letras. Además, añade Fernández Jover, “a partir de los registros de la actividad neuronal, ahora podemos predecir si una determinada estimulación eléctrica va a inducir una percepción visual subjetiva e incluso el brillo relativo de la misma y el número de percepciones individuales”. Esto permite realizar ajustes automáticos y dinámicos de los parámetros de estimulación, lo que se traduce en una mejor adaptación y en una curva de aprendizaje más rápida para los usuarios.
Aunque los resultados son muy alentadores para el desarrollo de una neuroprótesis visual que pueda ayudar a personas ciegas o con baja visión residual a mejorar su movilidad, el equipo advierte que es muy importante avanzar poco a poco y no crear falsas expectativas, ya que, de momento, se trata solo de una investigación en curso.
Actualmente, los implantes de visión artificial se encuentran en fase de desarrollo preclínico y todavía no están disponibles para el público general. El objetivo final es suplir la visión de personas que perdieron la vista tras haberla tenido, particularmente por enfermedades degenerativas de la retina o daños en el nervio óptico, puesto que no tienen otras opciones de tratamiento. En estos casos, el cerebro sigue teniendo la capacidad de procesar información visual, lo que permite que el implante envíe señales eléctricas a zonas en las que aún se pueden interpretar la luz y la forma.
“En cambio, en las personas que nacen ciegas, la corteza visual nunca llega a desarrollar la función de ver”, explica el investigador de la UMH. Esas áreas se reorganizan para otras tareas, como el lenguaje o el reconocimiento espacial mediante el oído o el tacto. “Por eso, al menos de momento, un implante no puede ‘hablar’ con un sistema visual que nunca se ha desarrollado”, apunta Fernández Jover, “no hay un código previo con el que comunicarse”.
El estudio ha contado con financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (DTS19/00175, PDC2022-133952-100), la Unión Europea a través del programa Horizonte 2020 (grant agreement no. 899287, NeuraViPeR y agreement no. 861423 enTRAIN Vision; Innovative Neurotechnology for Society (INTENSE); el Dutch Neurotechnology Consortium; y la Generalitat Valenciana (PROMETEO CIPROM/2023/25).
El equipo de investigaciónr agradece a las personas voluntarias y sus familias la gran labor que han realizado durante todos los meses de trabajo. Asimismo, expresan su gratitud al personal médico del hospital IMED de Elche por todo el apoyo clínico para poder realizar esta investigación.
Referencia del artículo:
Vídeos relacionados:
Av. Monforte de Lemos, 3-5. Pabellón 11. Planta 0 28029 Madrid
