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O modelo de computador avançado podia conduzir às melhorias “na tecnologia do olho biônico”

Há milhões de povos que enfrentam a perda de sua visão das doenças de olho degenerativos. O pigmentosa da retinite da desordem genética apenas afecta 1 em 4.000 povos no mundo inteiro.

Hoje, há uma tecnologia disponível para oferecer a visão parcial aos povos com essa síndrome. O Argus II, a primeira prótese retina do mundo, reproduz algumas funções de uma parte do olho essencial à visão, para permitir que os usuários percebam o movimento e as formas.

Quando o campo de prótese retinas estiver ainda em sua infância, para as centenas de usuários ao redor do mundo, “o olho biônico” enriquece a maneira que interagem com o mundo numa base diária. Por exemplo, ver esboços dos objetos permite-os de mover-se em torno dos ambientes estranhos com segurança aumentada.

Aquele é apenas o começo. Os pesquisadores estão procurando as melhorias futuras em cima da tecnologia, com um objetivo ambicioso na mente.

“Nosso objetivo é agora desenvolver os sistemas que imitam verdadeiramente a complexidade da retina,” disse Gianluca Lazzi, um professor do reitor da oftalmologia e da engenharia elétrica na Faculdade de Medicina de Keck de USC e na escola de USC Viterbi da engenharia.

E seus colegas de USC cultivados progridem com um par de estudos recentes usando um modelo de computador avançado do que acontece na retina. Seu modelo experimental validado reproduz as formas e as posições de milhões de pilhas de nervo no olho, assim como as propriedades do exame e dos trabalhos em rede associadas com elas.

“Coisas de que nós poderíamos nem sequer ver antes, nós podemos agora modelar,” disse Lazzi, que é igualmente o Fred H. Cole professor na engenharia e director do instituto de USC para a tecnologia e o Medical Systems. “Nós podemos imitar o comportamento dos sistemas neurais, assim que nós podemos verdadeiramente compreender porque o sistema neural faz o que faz.”

Centrando-se sobre modelos das pilhas de nervo que transmitem a informação visual do olho ao cérebro, as maneiras identificadas pesquisadores de aumentar a claridade e conceder potencial a visão de cor aos dispositivos protéticos retinas futuros.

O olho, biônicos e de outra maneira

Para compreender como o modelo de computador poderia melhorar o olho biônico, ajuda a conhecer pouco sobre como a visão acontece e como a prótese funciona.

Quando a luz entra no olho saudável, a lente focaliza-o na retina, na parte traseira do olho. As pilhas chamadas fotorreceptores traduzem a luz nos impulsos elétricos que são processados por outras pilhas na retina. Após o processamento, os sinais são passados avante às pilhas do gânglio, que entregam a informação da retina ao cérebro através das caudas longas, chamadas os axónio, que são empacotados junto para compo o nervo ótico.

Os fotorreceptores e as pilhas do processamento morrem fora em doenças de olho degenerativos. As pilhas retinas do gânglio permanecem tipicamente mais longas funcional; o Argus II entrega sinais directamente 2 aquelas pilhas.

Nestas circunstâncias infelizes, há já não um bom grupo de entradas à pilha do gânglio. Como coordenadores, nós perguntamos como nós podemos fornecer essa entrada elétrica.”

Gianluca Lazzi, professor do reitor da oftalmologia e da engenharia elétrica na Faculdade de Medicina de Keck de USC e na escola de USC Viterbi da engenharia

Um paciente recebe um implante minúsculo do olho com uma disposição de eléctrodos. Aqueles eléctrodos são activados remotamente quando um sinal é transmitido de um par de vidros especiais que têm uma câmera neles. Os testes padrões da luz detectados pela câmera determinam que pilhas retinas do gânglio são activadas pelos eléctrodos, enviando um sinal ao cérebro esse conduzem à percepção de uma imagem preto e branco que compreende 60 pontos.

O modelo de computador corteja avanços novos

Sob certas condições, um eléctrodo no implante estimulará incidental os axónio de pilhas vizinhas seu alvo. Para o usuário do olho biônico, esta estimulação do fora-alvo dos axónio conduz à percepção de uma forma alongada em vez de um ponto. Em um estudo publicado em transacções de IEEE em sistemas neurais e em engenharia da reabilitação, Lazzi e seus colegas distribuíram o modelo de computador para endereçar esta edição.

“Você quer activar esta pilha, mas não o axónio vizinho,” Lazzi disse. “Assim nós tentamos projectar uma forma de onda elétrica da estimulação que visa mais precisamente a pilha.”

Os pesquisadores usaram modelos para dois subtipos de pilhas retinas do gânglio, a nível da único-pilha assim como em redes enormes. Identificaram um teste padrão dos pulsos curtos que preferencial corpos de pilha dos alvos, com menos activação do fora-alvo dos axónio.

Um outro estudo recente nos relatórios científicos do jornal aplicou o mesmo computador que modela o sistema aos mesmos dois subtipos da pilha para investigar como codificar a cor.

Construções desta pesquisa em cima das investigações mais adiantadas que mostram que os povos que usam o Argus II percebem variações na cor com mudanças na freqüência do sinal elétrico -- o número de épocas que o sinal repete sobre uma duração dada. Usando o modelo, Lazzi e seus colegas desenvolveram uma estratégia para ajustar a freqüência do sinal para criar a percepção do azul da cor.

Além da possibilidade de adicionar a visão de cor ao olho biônico, codificar com matiz poderia ser combinada com a inteligência artificial nos avanços futuros baseados no sistema, de modo que os elementos particularmente importantes nos arredores de uma pessoa, tais como as faces ou as entradas, estivessem para fora.

“Há um longo caminho, mas nós estamos andando no sentido correcto,” Lazzi disse. “Nós podemos presente estas próteses com inteligência, e com conhecimento vimos potência.”

Sobre os estudos

Ambos os estudos foram conduzidos pela mesma equipa de investigação de USC. O primeiro autor em ambos é Javad Paknahad, um aluno diplomado da engenharia elétrica. Outros autores são Kyle Loizos e Dr. Marcação Humayun, co-inventor da prótese retina de Argus II.

Source:
Journal reference:

Paknahad, J., et al. (2021) Color and cellular selectivity of retinal ganglion cell subtypes through frequency modulation of electrical stimulation. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-021-84437-w.