La idea de estimular el cerebro mediante un implante para generar percepciones visuales artificiales no es nueva y se remonta a la década de 1970. Sin embargo, los sistemas existentes en la actualidad solo pueden generar una pequeña cantidad de ‘píxeles’ artificiales a la vez.

Ahora no obstante, un equipo de científicos del Instituto Holandés de Neurociencias -NIN- está utilizando nuevas tecnologías de inserción y producción de implantes, ingeniería de materiales de vanguardia, fabricación de microchips y microelectrónica, para desarrollar dispositivos que son más estables y duraderos que los implantes anteriores. Se trata de un nuevo tipo de implantes de alta resolución que, insertados en el córtex visual del cerebro, presentan un gran potencial para devolver la vista a personas invidentes. Los hallazgos, entre los cuales los investigadores han podido comprobar que dichos dispositivos actuaban permitiendo reconocer formas y estímulos inducidos artificialmente se publican esta semana en la revista Science en un artículo titulado Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex.

La electricidad, y el lenguaje del cerebro

Cuando se envía estimulación eléctrica al cerebro a través de un electrodo implantado se genera la percepción de un punto de luz en un lugar particular del espacio visualconocido como “fosfeno“. Basándose en este hecho, el equipo dirigido por Pieter Roelfsema ha desarrollado un tipo de implantes de alta resolución que con 1024 electrodos implantaron en la corteza visual de dos monos videntes.

Su objetivo era crear imágenes interpretables mediante la aplicación de estimulación eléctrica a través de múltiples electrodos y generar la percepción de una “imagen” compuesta por múltiples fosfenos; todo un éxito según apuntan las palabras del investigador, quien declara que “la cantidad de electrodos que hemos implantado en la corteza visual y la cantidad de píxeles artificiales que hemos podido generar para producir imágenes artificiales de alta resolución no tiene precedentes”.

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Pixeles, puntos, líneas y letras

Para poner a prueba la funcionalidad de sus dispositivos el equipo del NIN llevó a cabo varios experimentos en primates. Para ello instalaron los implantes en el córtex visual de varios monos, quienes en un primer momento fueron sometidos a una prueba de comportamiento simple en la que tras la estimulación eléctrica a través de los nuevos dispositivos, informaron a través de movimientos oculares de la ubicación de los fosfenos inducidos por los científicos.

Dado el éxito del experimento los científicos pasaron a testear sus implantes en tareas más complejas. En nuevas pruebas, por un lado se administró a los monos una microestimulación en forma de secuencia para emular una sensación de movimiento inducido por los sucesión consecutiva de los fosfenos generados. Por otro, dichos fosfenos fueron empleados para crear la forma de una letra. En ambos casos los primates reconocieron con éxito formas y percepciones entre las que se incluían líneas, puntos en movimiento y letras producidas por su nueva visión artificial. “Nuestro implante interactúa directamente con el cerebro, sin pasar por etapas previas del procesamiento visual a través del ojo o el nervio óptico. Por lo tanto, en el futuro, dicha tecnología podría usarse para restaurar la pérdida de visión en personas ciegas que han sufrido lesiones o algún tipo de degeneración de la retina, el ojo o el nervio óptico, pero cuya corteza visual permanece intacta ”, explica Xing Chen, investigadora del equipo de Roelfsema.

Esta tecnología podría usarse en el fututo para restaurar la pérdida de visión en personas ciegas que han sufrido lesiones o algún tipo de degeneración de la retina, el ojo o el nervio óptico

El trabajo sienta las bases para el desarrollo de un nuevo tipo dispositivo neuroprotésico que podría permitir a las personas profundamente ciegas recuperar la visión funcional y reconocer objetos, navegar en entornos desconocidos e interactuar más fácilmente en entornos sociales, mejorando significativamente su independencia y calidad de vida.

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Hasta aquí el trabajo presentado por el equipo del NIN, sin embargo esta semana viene prolija en buenas noticias respecto a lo que la recuperación de la vista se refiere. Así, en otro estudio también publicado esta semana, en esta ocasión en la revista Nature bajo el título Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision, un equipo de científicos de la escuela de medicina de la universidad de Standford acaba de informar de la viabilidad de reprogramar las neuronas de los ojos en ratones para, devolviéndolas a un estado más juvenil, restaurar su capacidad de visión. Un nuevo estudio que también arroja nueva luz sobre los mecanismos del envejecimiento e identifica nuevos objetivos terapéuticos potenciales para las enfermedades neuronales relacionadas con la edad, como el glaucoma.

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Ojos más jóvenes

El envejecimiento es un proceso degenerativo que conduce a la disfunción y muerte de los tejidos. Una causa propuesta para este envejecimiento tisular se fundamenta en un proceso conocido como metilación del ADN, un mecanismo epigenético por el cual las células controlan la expresión de los genes. Así, los cambios en el ADN generados lo largo del tiempo en este proceso se han relacionado con la disminución en la capacidad regenerativa de las células y una disfunción en las tareas que desempeñan.

Las células ganglionares de la retina son un tipo de neurona que se encuentra en el ojo y desde las cuales se extienden unas proyecciones llamadas axones hasta el cerebro. Estos axones pueden sobrevivir y regenerarse si se dañan temprano en el desarrollo, pero no en la edad adulta. Lo que el equipo dirigido por el profesor Andrew D. Huberman, de los departamentos de neurobiología y oftalmología de la universidad de Standford ha descubierto, es que cuando se dañaron las células ganglionares de la retina como producto de la antes mencionada metilación, en el ADN de dichas células se acumularon unas moléculas llamadas grupos metilo. Por el contrario que a medida que las neuronas se recuperaron, se produjo el proceso inverso, conocido como desmetilación, lo que dio lugar a un patrón celular más juvenil. Los hallazgos apoyan la idea de que el envejecimiento de los tejidos está respaldado, entre otras razones, por una acumulación de cambios epigenéticos, pero también que es posible revertir la edad de un tejido complejo y restaurar su función biológica.

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Foto: Huberman et al.

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Para demostrarlo desarrollaron un estudio en ratones en el cual a través de 3 factores de transcripción – proteínas susceptibles de activar o desactivar genes- fueron capaces de reparar los nervios ópticos dañados de los roedores estudiados, devolviendo sus neuronas a un estado más juvenil. Los ratones pudieron desarrollar nuevos axones, algunos de los cuales se extendieron hasta la base del cerebro. El mismo tratamiento también revirtió la pérdida de neuronas y restauró la visión, tanto en ratones viejos como en un modelo de ratón con glaucoma.

Hasta el momento el trabajo solo ha sido reproducido en ratones, no obstante, pese a que los procesos observados en el estudio aún no se han probado en humanos, los resultados sugieren que este modo de reprogramar neuronas podría aplicarse en todas las especies animales y para tratar diversas patologías.

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