Očna proteza za liječenje sljepila

Na TEDMED, Šila Nirenberg na hrabar način predstavlja novinu u izlječenju sljepila: povezujući se preko očnog živca i šaljući signale preko uređaja u mozak.

Ja izučavam kako mozak procesuira

informacije. Tj, kako preuzima

informaciju iz spoljašnjeg svijeta i

prevodi je u obrazac električne aktivnosti,

i kako zatim koristi ostale obrasce

i dopušta vam da

vidite, čujete, posežete za predmetima.

Ja sam u suštini naučnik, ne kliničar,

ali posljednjih godinu i po dana

počela sam da se prebacujem,
da koristim

to što smo naučili o ovim obrascima

aktivnosti kako bismo razvili proteze,

i ono što danas želim da vam pokažem

je primjer toga.

Ovo je zapravo naš prvi upad na ovu teritoriju.

To je razvoj proteze

za liječenje sljepila.

Pa da vas uputim u tu problematiku.

U Sjedinjenim Državama živi 10 miliona ljudi

i još više širom svijeta koji su slijepi

ili se suočavaju sa nekom drugom vrstom oboljenja

retine, oboljenja kao

[to je makularna degeneracija,
i jako malo

se može za njih učiniti.

Postoje neki farmakološki tretmani, ali

su oni uspješni na malom

broju populacije. I tako je za većinu

pacijenata najbolja nada za

povratak vida upravo proteza.

Problem je u tome što postojeće proteze

ne rade baš najbolje.
Još uvijek su dosta ograničene

u pogledu vizuelnih mogućnosti
koje obezbjeđuju.

Na primjer, sa ovim

uređajem, pacijent može
vidjeti jednostavne stvari

kao jasno osvjetljenje
i jake kontrastne ivice,

nešto više vrlo teško,
tako da za sad ništa

što je blisko normalnom vidu.

Tako da ono što hoću danas da vam pokažem

je uređaj na kome smo radili

za koji smatram da ima
potencijala da premosti

razliku, da bude mnogo efikasniji

i htjela sam da vam pokažem

kako radi. U redu,
dozvolite mi da se malo povučem

i pokažem vam kako
normalna retina radi

kako biste uvidjeli problem

koji smo pokušavali da riješimo.

Ovdje imate retinu

Dakle imate sliku, retina i mozak.

Kad gledate u nešto,
kao u ovu sliku

ili bebino lice, to ulazi u vaše oko

i pada na vašu retinu, na ćelije

prvog reda, fotoreceptore.

Zatim se uključuje
retinalno električno kolo,

srednji dio, obrađuje to

i ono zapravo izvodi operaciju

pri kojoj obrađuje informaciju

i prevodi je u kod.

A taj kod je u obliku mreže

električnih impulsa koji se šalju

u mozak tako da je ključna stvar

da slika na kraju bude prevedena

u kod. Kada kažem kod

ja bukvalno mislim kod.

Kao ova mreža signala ovdje
koja u stvari znači "bebino lice"

i kada mozak primi ovaj obrazac

signala, odmah zna šta je tamo,

tamo je bebino lice i kad bi dobilo

drugačiji obrazac znalo bi

da se tamo nalazi recimo pas

ili neki drugi obrazac koji bi predstavljao kuću.

Kako bilo, znate na šta mislim.

Naravno, u stvarnom životu je to dinamičnije

u smislu da se konstantno mijenja

pa se i obrasci mijenjaju

svo vrijeme jer se i svijet

koji gledamo stalno mijenja.

Tako da je to dosta komplikovana stvar.

Imate ovu mrežu signala

koji dolaze iz vašeg oka svake milisekunde

kazujući vašem mozgu šta to zapravo gleda.

Šta se dešava kada osoba

dobije oboljenje retine kao što je

makularna degeneracija?
Ono što se dešava je

da umiru ćelije prednjeg reda

fotoreceptori umiru,
i nakon nekog vremena

sve druge ćelije i električno kolo koje je

povezano sa njima, takođe umire.

I sve tako dok ne ostanu jedino

ove ćelije ovdje, output ćelije

koje šalju signale u mozak

ali zbog te degeneracije

one ne šalju više nikakve signale

jer ne primaju nikakve
dolazne informacije i onda

mozak više ne dobija

nikakve vizuelne informacije,

to jest, on ili ona je slijepa.

Dakle rješenje problema

bi bilo da se napravi uređaj koji imitira

rad kola prvog reda

i šalje signale retinalnim
ćelijama trećeg reda

kako bi one mogle da nastave svoj

posao slanja signala mozgu.

To je ono na čemu smo mi zapravo radili

i to je ono šta radi naša proteza.

Dakle ona se sastoji iz dva dijela,
koja zovemo

koder i konvertor.

I tako koder radi

ovo o čemu sam pričala: imitira rad

ćelija prednjeg reda,
dakle uzima slike

i konvertuje ih u retinalni kod.

A onda konvertor preko ćelija

trećeg reda šalje kod gore

u mozak, i rezultat je

retinalna proteza koja može da izvršava

normalnu funkciju retine.

Dakle potpuno slijepa retina,

čak i ona koja uopšte nema
ćelije prednjeg reda,

nema fotoreceptore,

može sada slati normalne signale,

signale koje mozak razumije.

Nijedan drugi uređaj nije bio u stanju

da ovo odradi.

U redu, sada ću samo u par rečenica

da kažem nešto o

koderu i šta on radi, jer

je zaista bitno i

vrlo interesantno i nekako kul.

Možda "kul" nije prava riječ, ali

znate na šta mislim.

Dakle, ono šta on radi jeste da zamjenjuje

retinalno kolo

sa setom jednačina

koje možemo implementirati

na čipu. Dakle to je samo matematika.

Drugim riječima,
mi ne zamjenjujemo

bukvalno djelove retine.

Niti pravimo neki mini uređaj

za jedan ili drugi tip ćelija.

Mi samo rezimiramo šta

retina radi sa setom jednačina.

I tako, jednačine služe

kao neka šifrovana knjiga.
Slika ulazi,

prolazi kroz jednačine,

i izlazi kao električni signal,

kakav bi normalna retina proizvela.

A sada mi dozvolite da sa riječi

pređem na djela i pokažem vam

da zapravo možemo stvoriti normalan output

i koje bi bile njegove implikacije.

Ovdje imamo 3 seta

okidajućih obrazaca. Gornji je

iz zdrave životinje, srednji je

iz slijepe životinje koja je liječena

sa koder - konvertor uređajem i

donja je iz slijepe životinje liječene

običnom protezom.

Dakle donja je proizvod

uređaja koji se trenutno koristi

a zapravo je napravljena
od svjetlosnog detektora

ali ne i kodera.
Tu smo zapravo

prikazivali film sa svakodnevnim stvarima

ljudima, bebama, klupama iz parkova

znate već, obične stvari i

snimali smo odgovore sa retine

ovih 3 grupa životinja.

Čisto da vas orjentišem,
svaka slika pokazuje

mrežu od par ćelija

i baš kao na prethodnom slajdu

svaki red je druga ćelija,

i ja sam malo smanjila signale

i istanjila ih kako bih vam pokazala

duži niz podataka.

I kao što vidite, mreže

kod slijepih životinja koje imaju

koder-konvertor prilično se

podudaraju sa normalnim mrežama -

nije baš savršeno ,ali je dosta dobro -

a kod slijepih životinja sa

običnom protezom

odgovori nisu baš dobri.

Tako da kod obične proteze

ćelije šalju signale, ali ne

toliko uspješno kao normalne

jer ne posjeduju pravi kod.

Koliko je ovo važno?

Šta je potencijalni uticaj

na pacijentovu sposobnost vida?

Pokazaću vam jedan

eksperiment koji nudi odgovor na to,

ali naravno imam još puno podataka o tome

pa ako da ste zainteresovani,
sa zadovoljstvom

ću vam pokazati još.
Dakle, eksperiment

je nazvan rekonstruktivni eksperiment.

Uzeli smo jedan vremenski period

iz ovih snimaka i tražili
da vidimo šta je retina

zapravo vidjela u tom periodu.

Da li možemo rekonstruisati šta je retina

vidjela iz odgovora

mreže signala?

I tako smo uporedili odgovore

iz obične proteze i odgovore sa

koder-konvertor proteze.

Pokazaću vam, i prvo ću početi

sa običnom protezom.

Vidite da je prilično ograničavajuće,

jer mreža signala nije

pravilno kodirana,
oni su vrlo ograničavajući

u tome šta vam mogu reći

šta je tamo vani. Možete vidjeti

nešto tamo, ali nije jasno

šta je to u stvari,
i to nas zapravo vraća nazad

na moju priču na početku

da sa običnom protezom

pacijenti mogu vidjeti
kontrastne ivice, mogu

vidjeti svjetlost ali ništa više

od toga. Pa kakva je to slika?

To je bilo bebino lice.

A kakva je bila sa našom metodom

uz pomoć kodiranja? Vidite

da je mnogo bolja.
Ne samo da možete prepoznati

bebino lice, već prepoznajete

da je to lice tačno ove bebe,

što je izuzetno zahtjevan zadatak.

Dakle lijevo je koder sam

a desno je sa slijepe retine

dakle koder i konverter.

Ali u stvari koder je bitan

jer možete koristiti koder sa

različitim konverterom.

Ovo je zapravo prvi sa kojim smo pokušali.

Želim samo nešto reći o običnoj protezi.

Prvi put kada je izašla, bila je

uzbudljiva sama ideja da

da uopšte dobijete neki odgovor
sa slijepe retine.

Ali postojao je taj ograničavajući faktor,

problematika šifre i kako dobiti

bolji odgovor ćelije,

dobiti normalni odgovor,

i to je bio naš doprinos.

Sada samo da rezimiram

kao što sam ranije spomenula

ja imam i drugih podataka

ako ste zainteresovani,
ali sam htjela da vam izložim

osnovnu ideju

o sposobnosti komunikacije

sa mozgom njegovim jezikom i o

mogućnosti da se to uopšte ostvari.

To je drugačije od motorne proteze

kada komunikacija ide iz mozga

ka uređaju. Ovdje moramo
da komuniciramo

iz spoljašnje sredine

ka mozgu i da to ima smisla,

da ga mozak razumije.

I na kraju sam htjela

da istaknem

da generalizujem ideju.

Dakle sama strategija koju smo mi ovdje koristili,

da nađemo kod za retinu, možemo

je koristiti i za kodiranje drugih polja,

na primjer za auditorni sistem i

za motorni sistem, to jest za liječenje gluvoće

i za motorne poremećaje.

Na isti način na koji smo uspjeli da

prevaziđemo oštećenje

rada retine i dođemo do

njenih unutrašnjih ćelija,
možemo prevazići

oštećenje kohlee uha

kako bismo došli do slušnog nerva

ili oštećenja polja

u motornom korteksu,
premošćavajući praznine

nastale šlogom.

Željela bih da završim

sa porukom da razumijevanje koda

je zaista vrlo važno

i ako razumijemo kod,

to jest jezik mozga, stvari postaju

moguće iako to ranije nijesu bile.

Hvala vam.

(Aplauz)