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El modelo de ordenador avanzado podía llevar a las mejorías en tecnología del “aro biónico”

Hay millones de gente que haga frente a la baja de su vista de enfermedades oculares degenerativas. El pigmentosa de la retinitis del desorden genético solamente afecta a 1 en 4.000 personas por todo el mundo.

Hoy, hay tecnología disponible ofrecer vista parcial a la gente con ese síndrome. El Argus II, la primera prótesis retiniana del mundo, reproduce algunas funciones de una parte del aro esencial para la visión, para permitir que los utilizadores perciban el movimiento y formas.

Mientras que el campo de prótesis retinianas todavía está en su infancia, para los centenares de utilizadores en el mundo entero, el “aro biónico” enriquece la manera que obran recíprocamente con el mundo sobre una base diaria. Por ejemplo, ver contornos de objetos les permite moverse alrededor de ambientes desconocidos con seguro creciente.

Ése es apenas el comienzo. Los investigadores están buscando las mejorías futuras sobre la tecnología, con un objetivo ambicioso en mente.

“Nuestra meta ahora es desarrollar los sistemas que imitan verdad la complejidad de la retina,” dijo a Gianluca Lazzi, profesor del preboste de la oftalmología y de la ingeniería eléctrica en la Facultad de Medicina de Keck de USC y la escuela de USC Viterbi de la ingeniería.

Él y sus colegas de USC cultivados progresan con un par de estudios recientes usando un modelo de ordenador avanzado de qué suceso en la retina. Su modelo experimental validado reproduce las formas y las posiciones de millones de células nerviosas en el aro, así como las propiedades de la comprobación y del establecimiento de una red asociadas a ellas.

“Cosas antes de las cuales podríamos ni siquiera ver, podemos ahora modelar,” dijo a Lazzi, que es también el Fred H. Cole profesor en la ingeniería y director del instituto de USC para la tecnología y Medical Systems. “Podemos imitar el comportamiento de los sistemas de los nervios, así que podemos entender verdad porqué el sistema de los nervios hace lo que hace.”

Centrándose en modelos de las células nerviosas que transmiten la información visual del aro al cerebro, las maneras determinadas los investigadores potencialmente de aumentar claridad y de conceder la visión de color a los dispositivos prostéticos retinianos futuros.

El el aro, biónicos y de otra manera

Para entender cómo el modelo de ordenador podría perfeccionar el aro biónico, ayuda a conocer poco sobre cómo suceso la visión y cómo la prótesis funciona.

Cuando la luz entra en el aro sano, la lente lo centra sobre la retina, en el dorso del aro. Las células llamadas los fotorreceptores traducen la luz a los impulsos eléctricos que son tramitados por otras células en la retina. Después de tramitar, las señales se pasan adelante a las células del ganglio, que entregan la información de la retina al cerebro a través de las colas largas, llamadas los axones, que se lían juntos para componer el nervio óptico.

Los fotorreceptores y las células del tramitación mueren lejos en enfermedades oculares degenerativas. Las células retinianas del ganglio siguen siendo típicamente más largas funcional; el Argus II entrega señales directamente a esas células.

En estas condiciones lamentables, hay no más un buen equipo de entradas a la célula del ganglio. Como ingenieros, preguntamos cómo podemos ofrecer esa entrada eléctrica.”

Gianluca Lazzi, profesor del preboste de la oftalmología y de la ingeniería eléctrica en la Facultad de Medicina de Keck de USC y la escuela de USC Viterbi de la ingeniería

Un paciente recibe un implante minúsculo del aro con un arsenal de electrodos. Esos electrodos se activan remotamente cuando una señal se transmite de un par de cristales especiales que tengan una cámara sobre ellos. Las configuraciones de la luz descubiertas por la cámara determinan qué células retinianas del ganglio son activadas por los electrodos, enviando una señal al cerebro ese dan lugar a la opinión de una imagen blanco y negro que comprende 60 puntos.

El modelo de ordenador corteja nuevos avances

Bajo ciertas condiciones, un electrodo en el implante fortuito estimulará los axones de las células vecinas su objetivo. Para el utilizador del aro biónico, este estímulo del lejos-objetivo de axones da lugar a la opinión de una forma alargada en vez de un punto. En un estudio publicado en las transacciones de IEEE en sistemas de los nervios y la ingeniería de la rehabilitación, Lazzi y sus colegas desplegaron el modelo de ordenador para abordar esta entrega.

“Usted quiere activar esta célula, pero no el axón vecino,” Lazzi dijo. “Intentamos tan diseñar una forma de onda eléctrica del estímulo que apunta más exacto la célula.”

Los investigadores utilizaron los modelos para dos subtipos de las células retinianas del ganglio, en el nivel unicelular así como en redes enormes. Determinaron una configuración de los pulsos cortos que preferencial las carrocerías de célula de objetivos, con menos activación del lejos-objetivo de axones.

Otro estudio reciente en los partes científicos del gorrón aplicó la misma computador que modelaba el sistema a los mismos dos subtipos de la célula para investigar cómo codificar color.

Estructuras de esta investigación sobre investigaciones anteriores que muestran que la gente que usa el Argus II percibe variaciones en color con los cambios en la frecuencia de la señal eléctrica -- el número de épocas que la señal relanza sobre una duración dada. Usando el modelo, Lazzi y sus colegas desarrollaron una estrategia para ajustar la frecuencia de la señal para crear la opinión del azul del color.

Más allá de la posibilidad de agregar la visión de color al aro biónico, la codificación con matices se podría combinar con inteligencia artificial en los avances futuros basados en el sistema, de modo que determinado los elementos importantes en los alrededores de una persona, tales como caras o entradas, se destaquen.

“Hay un largo camino, pero estamos recorriendo en la dirección correcta,” Lazzi dijo. “Podemos regalo este odontología con inteligencia, y con conocimiento venimos potencia.”

Sobre los estudios

Ambos estudios conducto por el mismo equipo de investigación de USC. El primer autor en ambos es Javad Paknahad, estudiante de tercer ciclo de la ingeniería eléctrica. Otros autores son Kyle Loizos y el Dr. Mark Humayun, coinventores de la prótesis retiniana 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.