Sheila Nirenberg: Mata prostetik untuk menyembuhkan kebutaan

Di TEDMED, Sheila Nirenberg menunjukkan cara yang luar biasa untuk membuat orang dengan kebutaan tertentu dapat melihat, dengan memasang alat pada saraf-saraf optik yang mengirimkan sinyal dari kamera langsung menuju otak.

Saya mempelajari bagaimana otak

mengolah informasi, bagaimana otak

mengambil informasi dari dunia luar

dan mengubahnya menjadi pola aktivitas listrik

kemudian bagaimana otak menggunakan pola itu

agar Anda dapat melakukan berbagai hal --

melihat, mendengar, mengambil benda.

Jadi saya adalah seorang ilmuwan dasar

bukan seorang dokter, namun selama 1½ tahun terakhir

saya mulai beralih, untuk menggunakan

apa yang telah kita pelajari tentang pola-pola

kegiatan otak itu untuk mengembangkan alat alat protestik,

dan apa yang ingin saya lakukan pada hari ini

adalah menunjukkan contohnya.

Ini benar-benar usaha pertama kami,

yaitu pengembangan alat protestik

untuk merawat kebutaan.

Saya akan mulai dengan masalah ini.

Ada 10 juta orang di Amerika Serikat

dan banyak lagi di seluruh dunia yang menjadi tunanetra

atau terancam menjadi tunanetra karena

penyakit retina, penyakit seperti

degenerasi makula, dan hanya sedikit

yang bisa dilakukan.

Ada beberapa obat untuk itu namun

hanya bekerja efektif pada sebagian kecil penderita

Sehingga, bagi kebanyakan pasien kami

harapan terbaik mereka adalah

mendapatkan kembali penglihatan melalui alat protestik.

Masalahnya adalah alat protestik yang ada saat ini

tidak bekerja dengan baik. Kemampuannya

masih sangat terbatas.

Sehingga, contohnya, dengan alat ini

para pasien dapat melihat benda-benda sederhana

seperti cahaya yang terang atau ujung ujung yang berkontras tinggi.

tidak lebih, jadi sama sekali tidak mendekati

kemampuan mata normal.

Jadi apa yang akan saya tunjukkan hari ini

adalah alat yang sedang kami kerjakan

yang saya rasa berpotensi untuk

membuat perbedaan, alat yang jauh lebih efektif

dan apa yang ingin saya lakukan adalah menunjukkan

cara kerjanya. Baiklah, saya akan kembali

dan menunjukkan bagaimana cara kerja

dari retina normal sehingga Anda bisa mengerti masalah

yang kami coba selesaikan.

Inilah retina mata.

Jadi ada gambar, retina, dan otak.

Saat Anda melihat sesuatu, seperti gambar

dari wajah bayi ini, gambar ini masuk ke mata Anda

dan sampai ke retina, pada sel-sel paling depan

yang bernama fotoreseptor.

Lalu yang terjadi adalah sirkuit retina,

di bagian tengah mengerjakannya

dan retina melakukan pengolahan

pada gambar itu, mengambil informasinya

dan mengubah informasi itu menjadi sandi.

Sandi itu berbentuk pola-pola pulsa listrik

yang kemudian dikirimkan

ke otak, sehingga kuncinya adalah

gambar itu akhirnya diubah

menjadi sandi. Dan sandi di sini

benar-benar merupakan sandi.

Seperti pola-pola listrik di sini sebenarnya berarti "wajah bayi,"

sehingga saat otak mendapatkan pola

dari pulsa ini, otak tahu bahwa di luar sana

ada wajah bayi, dan jika otak

mendapat pola yang berbeda, otak akan tahu

bahwa di luar sana ada, katakanlah, anjing

atau pola lain yang merupakan rumah.

Jadi, Anda sudah memiliki gambarannya.

Dan sudah pasti dalam kehidupan, semuanya dinamis

yang berarti semuanya berubah setiap saat

sehingga pola-pola pulsa itu selalu berubah

setiap saat karena dunia

yang Anda lihat juga berubah setiap saat.

Jadi, ini merupakan hal yang rumit.

Anda memiliki pola-pola seperti ini

datang dari mata Anda setiap milidetik

memberitahukan otak apa yang Anda lihat.

Jadi apa yang terjadi saat seseorang

menderita penyakit degenerasi retina seperti

degenerasi makula? Yang terjadi adalah

sel-sel yang terdepan ini mati,

sel-sel fotoreseptor itu mati dan seiring dengan waktu

semua sel dan sirkuit yang terhubung

dengan sel-sel itu ikut mati.

Akhirnya satu-satunya hal yang tersisa

adalah sel-sel ini, sel-sel keluaran,

sel yang mengirimkan sinyal ke otak

namun karena degenerasi itu

sel-sel itu tidak mengirimkan sinyal lagi.

Sel-sel itu tidak menerima masukan apapun

sehingga otak tidak lagi mendapat

informasi visual apapun --

sehingga dia menjadi buta.

Jadi, salah satu jalan keluar masalah ini

adalah untuk membuat alat yang dapat meniru

tindakan dari sel-sel terdepan itu

dan mengirimkan sinyal ke sel-sel keluaran retina

sehingga sel-sel itu dapat berfungsi kembali

untuk mengirimkan sinyal ke otak.

Jadi inilah yang kami kerjakan

dan inilah yang dilakukan alat kami.

Jadi alat ini terdiri dari dua bagian, apa yang kami sebut

bagian penyandi dan pentransduksi.

Yang dilakukan penyandi hanyalah

yang saya katakan: meniru tindakan

dari sirkuit bagian depan -- alat itu mengambil gambar

dan mengubahnya menjadi sandi retina.

Kemudian pentransduksi membuat

sel-sel keluaran mengirimkan sandi itu

ke otak dan hasilnya adalah

retina buatan yang dapat menghasilkan

keluaran retina normal.

Sehingga retina yang benar-benar buta

bahkan tanpa sirkuit bagian depan sama sekali,

tanpa fotoreseptor

dapat mengirimkan sinyal normal,

sinyal yang dapat dipahami oleh otak.

Dan tidak ada alat lain yang dapat

melakukan ini.

Jadi saya hanya akan

berbicara singkat mengenai

penyandi dan yang dilakukannya, karena

inilah bagian kuncinya

dan ini cukup menarik dan keren.

Saya tidak tahu apakah "keren" kata yang tepat

namun Anda tahu maksud saya.

Jadi apa yang dilakukannya adalah menggantikan

sirkuit retina, benar-benar inti dari

sirkuit retina, dengan seperangkat persamaan

yang dapat dimasukkan ke dalam sebuah chip.

Jadi ini hanya sekedar matematika.

Dengan kata lain, kami tidak mengganti

komponen retina apapun.

Ini bukan seperti kami membuat alat kecil

untuk setiap jenis sel yang berbeda.

Kami hanya merangkum apa yang dilakukan

oleh retina dengan seperangkat persamaan.

Jadi sedikit banyak, persamaan ini berfungsi

sebagai buku sandi. Jadi gambar masuk

dan melalui seperangkat persamaan ini

lalu kelluarlah aliran pulsa-pulsa listrik

seperti yang dihasilkan oleh retina normal.

Misalkan saya menaruh uang

di mulut saya dan menunjukkan bahwa

kita dapat menghasilkan keluaran normal

dan apa dampak dari hal ini.

Inilah tiga kelompok dari

pola pancaran. Yang di atas adalah

dari hewan biasa, di tengah berasal dari

hewan buta yang telah dirawat dengan

alat penyandi-pentranduksi ini,

dan di bawah adalah dari hewan buta yang dirawat

dengan alat buatan standar.

Jadi gambar di bagian bawah adalah alat paling canggih

yang ada di pasaran sekarang,

yang pada dasarnya dibuat dari detektor cahaya,

tanpa penyandi. Jadi yang kami lakukan adalah

mempertontonkan film dari hal sehari-hari --

orang, bayi, taman, pantai,

Anda tahu, hal-hal yang biasa tejradi -- dan

kami merekam tanggapan dari retina

pada ketiga kelompok hewan ini.

Kini untuk memfokuskan Anda, setiap kotak menunjukkan

pola pancaran dari beberapa sel

dan sama seperti pada slide sebelumnya,

setiap baris adalah sel yang berbeda

dan saya membuat pulsanya sedikit lebih kecil

dan lebih tipis sehingga dapat memuat

data yang banyak.

Jadi seperti yang Anda lihat, pola pancaran

dari hewan buta yang dirawat dengan

alat penyandi-pentranduksi ini memang

sangat dekat dengan pola pancaran normal --

tidak sempurna, namun cukup bagus --

dan hewan buta yang dirawat dengan

alat buatan standar,

tanggapannya benar-benar tidak baik.

Jadi dengan metode standar

sel-sel memang memancarkannya,

namun tidak memancarkan dengan pola nomal

karena sandi yang dimilikinya tidak benar.

Lalu seberapa penting hal ini?

Apakah dampak potensial

dalam kemampuan melihat pasien?

Saya akan menunjukkan salah satu

percobaan mendasar yang menjawabnya

dan tentu saja saya memiliki banyak data

dan jika Anda tertarik, saya akan dengan senang hati

menunjukkannya. Jadi percobaan ini

disebut percobaan rekonstruksi.

Di sini kami mengambil pada waktu tertentu

dan merekam apa yang dilihat

oleh retina pada saat itu?

Dapatkah kami merekonstruksi apa yang dilihat

oleh retina dari tanggapan itu,

dari pola pancaran itu?

Jadi saat kami merekonstruksi berdasarkan

tanggapan metode standar dan

penyandi dan pentranduksi kami.

Saya akan menunjukkan, dan saya akan mulai

dengan metode standar.

Anda bisa melihat hasilnya cukup terbatas

dan karena pancaran pola itu

bukanlah sandi yang benar, namun

apa yang dapat diberitahukan

tentang apa yang ada di luar sana terbatas.

Jadi jika ada benda di dunia luar, namun

benar-benar tidak jelas benda apa itu, ini sebenarnya

hanya mengulangi apa yang saya katakan

pada awal presentasi ini, bahwa dengan metode standar

pasien dapat melihat sudut yang tajam,

mereka dapat melihat cahaya,

namun tidak dapat melihat lebih jauh lagi.

Jadi apa gambar ini? Ini adalah wajah bayi.

Lalu bagaimana dengan pendekatan kami,

dengan menambahkan sandi ini? Anda bisa melihat

semua menjadi lebih baik? Anda bukan hanya

dapat mengetahui itu adalah wajah bayi,

namun untuk mengetahui bahwa ini adalah wajah bayi

itu benar-benar sulit.

Jadi di bagian tengah dari penyandi ini

dan di bagian kanan adalah dari

retina buta biasa bersama penyandi dan pentranduksi.

Namun kuncinya adalah penyandi itu sendiri

karena kita dapat menggabungkan penyandi

dengan pentranduksi berbeda.

Ini sebenarnya alat pertama yang kami coba.

Saya ingin menjelaskan beberapa hal mengenai metode standar.

Saat metode ini keluar, ini benar-benar

hal yang menarik, ide bahwa Anda dapat

membuat retina yang buta menanggapi sesuatu.

Namun ada keterbatasan dari alat ini,

masalah dengan sandirya dan bagaimana membuat

sel-sel menanggapi dengan lebih baik,

menghasilkan tanggapan normal,

dan inilah sumbangan kami.

Kini saya ingin merangkum

dan seperti yang telah saya sebutkan

saya memiliki banyak data lainnya,

jika Anda tertarik, di sini saya hanya ingin memberi

ide mendasar bahwa

kita dapat berkomunikasi

dengan otak dalam bahasa otak

dan potensi untuk dapat melakukannya.

Jadi ini berbeda dengan motor protestik

di mana Anda berkomunikasi dengan otak

dari sebuah alat. Di sini kita berkomunikasi

dari dunia luar

langsung ke otak dan bisa

dipahami oleh otak.

Lalu hal terakhir yang saya inginkan

adalah benar-benar untuk menekankan

bahwa ide ini berlaku umum.

Jadi strategi yang sama yang kami gunakan

untuk mencari sandi untuk retina juga dapat digunakan

untuk mencari sandi bagi daerah lainnya,

sebagai contohnya, sistem pendengaran

dan sistem motor, untuk merawat para tunarungu

dan tunadaksa.

Jadi cara yang sama seperti bagaimana kami berhasil

melompati kerusakan

dari sirkuit retina untuk mencapai sel-sel keluaran retina,

kita dapat melompati kerusakan sirkuit

di koklea untuk mencapai

saraf-saraf pendengaran,

atau melompati kerusakan di daerah korteks,

di daerah motor korteks, untuk menjembatani celah

akibat dari stroke.

Saya ingin mengakhiri presentasi ini

dengan pesan sederhana bahwa memahami sandi itu

benar-benar penting

dan jika kita dapat memahami

bahasa dari otak, berbagai hal yang sebelumnya

tampak begitu mungkin

menjadi mungkin. Terima kasih.

(Tepuk tangan)