Prueban en invidentes un nuevo sistema de visión artificial que interactúa con el cerebro

La ceguera es una de las discapacidades de mayor impacto en la vida de las personas. Actualmente, varios laboratorios del mundo, entre los que se encuentra el de Neuroingeniería Biomédica de la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) en España, exploran las prótesis visuales basadas en implantes cerebrales. Estos implantes podrían, en un futuro, ser una herramienta para restaurar una visión funcional en personas ciegas.

Los últimos resultados de una línea de investigación y desarrollo seguida en la UMH muestran el gran potencial que tiene una nueva generación de neuroprótesis visuales que son capaces de realizar una sofisticada comunicación bidireccional con el cerebro. Esta interacción dinámica incluye por vía directa la corteza visual, lo que permite conseguir una visión artificial más natural y funcional. El nuevo sistema ha sido probado con resultados prometedores en dos personas voluntarias ciegas.

“Lo que hace un sistema de visión artificial cortical es intentar emular el proceso natural de la visión. Para ello utiliza 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 que se encarga de procesar la información visual, esto es, la corteza occipital”, explica Eduardo Fernández Jover, catedrático de la UMH y coautor del estudio. “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”. En cualquier caso, no se trata de “volver a ver”, sino de recuperar una “visión funcional” para tareas simples como orientación, movilidad, leer caracteres o números grandes, etcétera.

Los investigadores explican que 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, quien perteneciente también al Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBERBBN) en España.

“Este estudio demuestra que podemos 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”, apunta el profesor de la UMH, quien subraya que “este bucle cerrado aprovecha la capacidad que tiene el 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”.

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, los investigadores han 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 solo 8 a 10 milímetros, evitando la necesidad de realizar una craneotomía (apertura del cráneo). 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”.

El nuevo 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. Y lo hace de forma segura y estable: Se puede decir que el sistema aprende del cerebro y el cerebro aprende del sistema.

Gracias a ello, las personas que han recibido el implante 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.

Estos 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, e incluso de una forma más ambiciosa a percibir el entorno que las rodea y orientarse en él. No obstante, el investigador de la UMH añade que, aunque los resultados de este y otros trabajos son muy prometedores, todavía hay muchos problemas por resolver y, por lo tanto, es muy importante avanzar poco a poco y no crear falsas expectativas, ya que de momento se trata solo de una investigación en curso.

El nuevo sistema no solo envía al cerebro señales eléctricas que evocan en él sensaciones visuales, sino que también lee las reacciones neuronales y se adapta a ellas en tiempo real. (Foto: Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH). CC BY-SA)

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”.

Firman este trabajo científico los investigadores del Instituto de Bioingeniería de la UMH Fabrizio Grani, Cristina Soto Sánchez, Alfonso Rodil Doblado, Rocío López Peco y Eduardo Fernández Jover, además del neurocirujano del Hospital General Universitario Dr. Balmis de Alicante Pablo González López, quien pertenece también al grupo de investigación en Imagen para el diagnóstico médico del Instituto de Investigación Sanitaria y Biomédica de Alicante (ISABIAL).

Los investigadores agradecen 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.

El estudio se titula “Neural correlates of phosphene perception in blind individuals: A step toward a bidirectional cortical visual prosthesis”. Y se ha publicado en la revista académica Science Advances. (Fuente: Universidad Miguel Hernández de Elche)