Cientistas fazem mulher cega enxergar formas simples com implante no cérebro

Uma pesquisa recém-publicada detalha como uma equipe de cientistas do John A. Moran Eye Center da Universidade de Utah e da Universidade Miguel Hernández da Espanha criaram com sucesso uma forma de visão artificial para uma mulher cega usando uma prótese instalada em seu cérebro.

Publicando “Percepções visuais evocadas com um arranjo de microeletrodos intracorticais de 96 canais inserido no córtex occipital humano” no The Journal of Clinical Investigation, o pesquisador do Moran Richard A. Normann, PhD, e o colaborador espanhol Eduardo Fernández, MD, PhD, detalham como o Moran | A Prótese Cortivis produziu uma visão simples para Berna Gómez, de 60 anos. A equipe conduziu uma série de experimentos com Gómez durante seis meses em Elche, Espanha, que representam um salto para os cientistas que esperam criar uma prótese visual que possa aumentar a independência dos cegos.

Um neurocirurgião implantou um arranjo de microeletrodos inventado por Normann, o Utah Electrode Array (UEA), no córtex visual de Gómez para registrar e estimular as atividades elétricas dos neurônios. Gómez usava óculos equipados com uma câmera de vídeo em miniatura; software especializado codificava os dados visuais coletados pela câmera e os enviava para a UEA. A matriz estimulou então os neurônios a produzir fosfénos, percebidos por Gómez como pontos brancos de luz, para criar uma imagem.

Ex-professor de ciências totalmente cego por 16 anos na época dos experimentos, Gómez não teve complicações com a cirurgia e os pesquisadores determinaram que a UEA não prejudicava a função dos neurônios próximos aos eletrodos nem afetava a função do córtex subjacente . Gómez foi capaz de identificar linhas, formas e letras simples evocadas por diferentes padrões de estimulação. Para ajudá-la a praticar o uso da prótese, os pesquisadores criaram um videogame para Gómez jogar com um personagem do popular programa de televisão Os Simpsons. Graças às suas descrições precisas de percepções visuais e importância para a pesquisa, Gómez é co-autora do estudo.

“Esses resultados são muito empolgantes porque demonstram segurança e eficácia”, disse Fernández, que colabora com Normann há mais de 30 anos e é professor adjunto da Moran. “Demos um passo significativo, mostrando o potencial desses tipos de dispositivos para restaurar a visão funcional de pessoas que perderam a visão.”

Normann e seu colega Gregory Clark, PhD, usaram pela primeira vez a UEA em amputados para avaliar sua segurança e eficácia. A UEA permitiu que os amputados controlassem membros artificiais simplesmente com o desejo de mover um dedo ou uma mão. Os experimentos da Espanha foram os primeiros a implantar a UEA no córtex visual.

O neurocirurgião da equipe colocou apenas um UEA de 4 mm por 4 mm no cérebro de Gómez, mas pesquisas publicadas conduzidas por Normann indicam que entre sete e 10 matrizes no córtex visual, trabalhando juntas, poderiam produzir imagens mais detalhadas para uma visão útil. Neurocirurgiões e neurocientistas da Universidade de Utah John D. Rolston, MD, PhD, e Tyler Davis, MD, PhD, colaboraram na pesquisa.

“Um dos objetivos desta pesquisa é dar mais mobilidade a uma pessoa cega”, disse Normann. “Pode permitir que eles identifiquem uma pessoa, portas ou carros facilmente. Isso pode aumentar a independência e a segurança. É para isso que estamos trabalhando. ”

A equipe de pesquisa espera que o próximo conjunto de experimentos use um sistema codificador de imagem mais sofisticado, capaz de estimular mais eletrodos simultaneamente para reproduzir imagens visuais mais complexas.

Ajudando pessoas cegas no futuro

Gomez sempre amou ciência quando criança e na escola. Durante seus anos de faculdade, ela gostou de bioquímica e decidiu lecionar. Ela ensinava biologia no ensino médio há 15 anos quando perdeu a visão.

O Utah Electrode Array (UEA), muito menor do que um centavo, inclui um minúsculo dispositivo implantado no cérebro. (Crédito: John A. Moran Eye Center / Universidade de Utah)

Ela tinha acabado de renovar sua carteira de motorista em janeiro antes de desenvolver rapidamente neuropatia óptica tóxica, uma condição que destrói rapidamente os nervos ópticos que conectam os olhos ao cérebro. Em questão de dias, Gomez perdeu completamente a visão e qualquer percepção de luz.

“Foi um novo ano”, disse Gomez, “e simplesmente assim, foi uma nova vida para mim”.

Como os experimentos funcionaram para criar visão artificial


Durante uma cirurgia de três horas, uma equipe neurocirúrgica precisou de apenas cerca de um minuto para implantar o minúsculo conjunto de microeletrodos, muito menor do que um centavo, na região visual de seu cérebro. O procedimento ocorreu conforme o esperado, sem complicações.

O Utah Electrode Array usado na prótese visual Moran | Cortivis recebe informações de uma câmera de vídeo e traduz as imagens em uma forma de visão artificial. (Crédito: John A. Moran Eye Center / Universidade de Utah)

Nos seis meses seguintes, Gomez passou até quatro horas por dia no laboratório com Fernandez e sua equipe conduzindo experimentos que renderam dados importantes. Não foi fácil.

Depois que as pessoas com visão ficam cegas, ainda podem sentir os fosfenos espontâneos. Com o tempo, eles desaparecem. Mas a cirurgia de Gomez induziu a ocorrência de novos fosfenos espontâneos. Embora estes diminuíssem com o tempo, ela teve que aprender a distinguir um fosfeno de ocorrência natural de um evocado por estimulação elétrica via matriz. Esse processo sozinho levou dois meses inteiros. O trabalho foi metódico, uma vez que os investigadores pediram a Gomez que descrevesse o que percebia e avaliasse o brilho de cada fosfeno.

Os experimentos acabaram determinando a quantidade de corrente elétrica que poderia ser usada com segurança para produzir fosfenos. A equipe também confirmou a biocompatibilidade do equipamento utilizado na prótese.

Além de identificar as linhas, Gomez também descreveu ter visto um grande e pequeno “O.” Ela até trouxe uma lantejoula grande e uma pequena de casa para o laboratório para explicar as imagens. Para familiarizar Gomez mais com os fosfenos evocados e introduzir variedade, os membros do laboratório criaram um videogame para ela jogar: um labirinto simples em preto e branco que ela moveu um círculo usando o visual.

Enquanto um neurocirurgião colocou apenas uma matriz no cérebro de Gomez, pesquisas publicadas conduzidas por Normann indicam que entre sete e dez matrizes no córtex visual, trabalhando juntas, poderiam produzir imagens mais detalhadas para uma visão útil.

“Isso poderia dar a uma pessoa cega mais mobilidade”, disse Normann. “Pode permitir que eles identifiquem uma pessoa, portas ou carros facilmente. Isso pode aumentar a independência e a segurança. É para isso que estamos trabalhando. ”

Fonte:
Visual percepts evoked with an Intracortical 96-channel Microelectrode Array inserted in human occipital cortex

University of Utah: Artificial Vision