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Un nuevo implante cerebral basado en microelectrodos intracorticales estimula la visión y es capaz de inducir la percepción de formas y letras en una persona ciega. Un estudio de la Universidad Miguel Hernández (UMH) ha demostrado que la implantación en el cerebro humano de este microdispositivo 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.
El grupo de Neuroingeniería Biomédica de la UMH, dirigido por el catedrático de Biología Celular Eduardo Fernández Jover, publica los resultados del experimento en la revista Journal of Clinical Investigation. Este mismo equipo de investigadores consiguió en diciembre de 2020 realizar por primera vez y con éxito 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.
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
“Este trabajo va un poco más allá. Hemos implantado los microelectrodos en el cerebro de una persona completamente ciega durante más de 16 años”, explica el catedrático de la UMH y miembro del Centro de Investigación Biomédica en Red para la Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina. La persona voluntaria, una mujer de 57 años de edad, ha sido capaz de percibir letras e identificar la silueta de algunos objetos.
Se trata de la primera vez que se realiza un implante cerebral de este tipo en una persona ciega. Según destaca 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. Para el investigador de la UMH los resultados de este y otros trabajos son muy prometedores. No obstante, recuerda que todavía hay muchos problemas por resolver. Por ello, considera importante avanzar poco a poco y no crear falsas expectativas, ya que de momento se trata solo de una investigación en curso.
Son resultados “muy alentadores” para el desarrollo de una neuroprótesis visual que ayude a personas ciegas o con baja visión residual a mejorar su movilidad
Durante seis meses, los investigadores realizaron distintos experimentos 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 microelectrodos para comunicarse con las células cerebrales de forma bidireccional. En concreto, 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 es que éste no afecta a la función de la corteza cerebral a las neuronas que quedan próximas al implante.
El dispositivo implantado 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 señala que los resultados de este nuevo estudio demuestran que la implantación y explantación de este tipo de microdispositivos 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. “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”, señala Fernández Jover.
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. Luego, lo transforma en trenes de impulsos eléctricos optimizados para estimular las neuronas de la corteza visual a través de estos pequeños microelectrodos. “Gracias a ello, la persona implantada ha sido capaz de reconocer diversos patrones complejos de estimulación y percibir con precisión formas y letras”, explica.
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. Por ejemplo, una variación del clásico Pac-Man (Comecocos) o un juego basado en la popular serie de televisión Los Simpson.
La persona implantada ha sido capaz de reconocer diversos patrones complejos de estimulación y percibir con precisión formas y letras
En el contexto de esta investigación, el profesor Fernández Jover apunta que el desarrollo de neuroprótesis visuales cerebrales es una necesidad para el futuro. “Para muchas personas ciegas no existen tratamientos o dispositivos de ayuda útiles”, lamenta. 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. Los resultados de este estudio, aunque preliminares, indican que esto puede ser posible. Así, incluso después de muchos años de ceguera completa, el cerebro humano seguiría 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.
Incluso después de muchos años de ceguera completa, el cerebro humano seguiría siendo capaz de procesar información visual, según los resultados preliminares del estudio
En los experimentos han colaborado la Cátedra de Investigación en Retinosis Pigmentaria Bidons Egara de la UMH, el Grupo IMED Hospitales, el Centro Ciber de Investigación en Bioingeiería, Biomateriales y Nanomedicina, el Netherlands Institute for Neuroscience (Países Bajos) y el John A. Moran Eye Center la Universidad de Utah (Estados Unidos). 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 (Isciii), por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por la Comisión Europea, dentro del programa H2020.
