Un nuevo implante cerebral basado en microelectrodos intracorticales es capaz de inducir la percepción de formas y letras en una persona ciega. Así lo demuestra un estudio liderado por el jefe de grupo del CIBER-BBN Eduardo Fernández Jover, catedrático de Biología Celular. Los resultados del trabajo demuestran que la implantación en el cerebro humano de este micro dispositivo se puede realizar de forma segura y que la estimulación directa de la corteza cerebral produce percepciones visuales con una resolución mucho más alta de lo que se había conseguido hasta la fecha. Los investigadores del grupo de Neuroingeniería Biomédica de la UMH han publicado los resultados del experimento en la revista Journal of Clinical Investigation.
En diciembre de 2020, este mismo equipo de investigadores consiguió realizar con éxito y por primera vez un experimento parecido al estimular la corteza visual de primates. En aquel caso, se utilizó un implante de más de mil electrodos que permitió a los animales percibir formas, movimiento y letras. Sin embargo, los animales no eran ciegos.
“Este trabajo va un poco más allá. Hemos implantado [los micro electrodos] en el cerebro de una persona completamente ciega durante más de 16 años”, declara el catedrático de la UMH e investigador del CIBER-BBN. La persona voluntaria, una mujer de 57 años de edad, ha sido capaz de percibir letras e identificar la silueta de algunos objetos.
Esta es la primera vez que se realiza un implante cerebral de este tipo en una persona ciega y, tal y como explica el profesor Eduardo Fernández, 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, 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.
Durante seis meses, los investigadores realizaron distintos experimentos en forma de juegos en los que la persona voluntaria tenía que intentar reconocer letras, la posición de los estímulos, la forma de distintos objetos. Estos se repitieron varias veces para observar el aprendizaje de la corteza visual de la persona y observar posibles cambios.
El dispositivo implantado se trata de una pequeña matriz tridimensional de 100 micro electrodos para comunicarse con las células cerebrales de forma bidireccional: permite tanto el registro de señales eléctricas como la estimulación del cerebro. Se trata de un dispositivo muy pequeño, de tan solo 4 milímetros de lado, con electrodos de 1,5 milímetros de longitud. Una de las conclusiones del estudio es que éste no afecta a la función de la corteza cerebral ni a la de las neuronas que quedan próximas al implante.
El investigador de la UMH explica que los resultados de este nuevo estudio demuestran que la implantación y explantación de este tipo de micro dispositivos puede realizarse de forma segura en humanos y que la estimulación eléctrica de estos electrodos, que penetran dentro de la corteza cerebral, es capaz de inducir de forma segura y estable percepciones visuales con una resolución mucho más alta de lo que se había conseguido hasta la fecha. Además, añade Fernández Jover, “la cantidad de corriente eléctrica necesaria para inducir percepciones visuales con este tipo de microelectrodos es mucho menor que la que se necesita con electrodos situados en la superficie del cerebro, lo que se traduce en una mayor seguridad”.
El sistema completo de estimulación incluye una retina artificial que emula el funcionamiento del sistema de visión humana, situada dentro de unas gafas convencionales. La retina artificial capta el campo visual situado enfrente de la persona y lo transforma en trenes de impulsos eléctricos optimizados para estimular las neuronas de la corteza visual a través de estos pequeños micro electrodos. “Gracias a ello, la persona implantada ha sido capaz de reconocer diversos patrones complejos de estimulación y percibir con precisión formas y letras”, explica el profesor de la UMH. Además, se produce un proceso de aprendizaje con el tiempo, de manera que con el entrenamiento adecuado cada vez es más fácil reconocer distintos patrones. Para ayudarla en el proceso de aprendizaje, los investigadores crearon varios videojuegos, como una variación del clásico Pac-Man (“Comecocos”) o un juego basado en la popular serie de televisión Los Simpson.
En el contexto de esta investigación, el profesor Fernández Jover apunta que el desarrollo de neuroprótesis visuales cerebrales es una necesidad para el futuro, ya que para muchas personas ciegas no existen tratamientos o dispositivos de ayuda útiles. Por ejemplo, los pacientes con enfermedades degenerativas de la retina muy avanzada o las personas con glaucoma severo o con patologías que afecten a los nervios ópticos, no pueden beneficiarse de las modernas prótesis de retina que se están desarrollando en algunos centros. En estos casos es necesario enviar información del entorno directamente a la parte del cerebro que procesa visión, y los resultados de este estudio, aunque preliminares, indican que esto puede ser posible y que incluso después de muchos años de ceguera completa, el cerebro humano sigue siendo capaz de procesar información visual.
Actualmente, el equipo investigador está reclutando nuevos voluntarios ciegos para participar en estos experimentos. En próximos estudios, esperan utilizar un sistema codificador de imágenes más sofisticado, capaz de estimular más electrodos simultáneamente para reproducir imágenes visuales más complejas.
En los experimentos han colaborado la Cátedra de Investigación en Retinosis Pigmentaria Bidons Egara de la UMH, el Grupo IMED Hospitales, el CIBER-BBN, el Netherlands Institute for Neuroscience (Países Bajos) y el John A. Moran Eye Center la Universidad de Utah (EE.UU.).
Artículo de referencia:
Visual percepts evoked with an Intracortical 96-channel microelectrode array inserted in human occipital cortex Eduardo Fernández, Arantxa Alfaro, Cristina Soto-Sánchez, Pablo González-López, Antonio M. Lozano Ortega, Sebastian Peña, María Dolores Grima, Alfonso Rodil, Bernardeta Gómez, Xing Chen, Pieter R. Roelfsema, John D. Rolston, Tyler S. Davis, Richard A. Normann J Clin Invest. 2021. https://doi.org/10.1172/JCI151331.
El estudio ha sido financiado por el Programa Prometeo para Grupos de Investigación de excelencia de la Generalitat Valenciana, por el Instituto de Salud Carlos III, por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por la Comisión Europea, dentro del programa H2020.
