El sonido puede estimular la retina ciega para que transmita señales al cerebro a través de una prótesis retiniana ultrasónica

Crédito: CC0 Public Domain

Las enfermedades degenerativas de la retina, causadas por la degeneración progresiva de los fotorreceptores sensibles a la luz en la retina, es una de las principales causas de pérdida de visión y ceguera, que afectan a decenas de millones de personas en todo el mundo. Aunque los bastones y conos, que son las células sensibles a la luz de la retina, se han degenerado por completo, los circuitos neuronales conectados al cerebro están en su mayoría bien conservados, lo que brinda la oportunidad de restaurar la visión mediante la estimulación directa de las neuronas de la retina.

Recientemente, un grupo de investigación dirigido por los Dres. Qifa Zhou, Profesor de Ingeniería Biomédica y Oftalmología, y Mark S. Humayun, Profesor de Oftalmología e Ingeniería Biomédica, y uno de los inventores de Argus II en la Universidad del Sur de California en Los Ángeles, EE. UU.

» Este es un paso hacia una prótesis retiniana no invasiva que funciona sin cirugías oculares invasivas», dijo el Dr. Zhou. «Los anteojos especiales con una cámara y un transductor de ultrasonido están destinados a brindar a las personas ciegas y deficientes visuales una nueva visión del mundo».

Para ver si este enfoque podría funcionar, el grupo estimuló los ojos de una rata ciega con ondas de ultrasonido, sonido con una frecuencia muy por encima de lo que un ser humano puede oír. Estos sonidos de alta frecuencia se pueden manipular bien y se pueden enfocar en un área deseada del ojo. Este enfoque hizo posible activar pequeños grupos de neuronas en el ojo de la rata, al igual que las señales de luz pueden activar un ojo normal.

La presión mecánica del sonido puede activar las neuronas en el ojo y enviar señales al cerebro. . Para una experiencia comparable, cualquiera puede sentir los fosfenos ligeros frotándose los ojos o empujando suavemente los globos oculares mientras los ojos están cerrados. El Dr. Humayun, pionero en el campo de las prótesis de retina, afirmó que «sigue existiendo el desafío de habilitar la percepción visual provocada por ultrasonido para que pueda proporcionar una visión útil para los ciegos».

«Sabemos que el ultrasonido puede generar una presión mecánica bien controlada, la fuerza de radiación acústica, y podría utilizarse para activar las neuronas», dice Gengxi Lu, uno de los doctores de Zhou. estudiantes que recientemente presentaron los resultados de la investigación en una conferencia de la Acoustical Society of America en Seattle. Según él, «todavía hay que averiguar cómo exactamente la presión mecánica activó las neuronas de la retina».

El estudio se encuentra ahora en una etapa anterior de desarrollo de un dispositivo para realizar experimentos en humanos. Una limitación importante de los experimentos con animales es que, a diferencia de los humanos, no podemos obtener respuestas sobre sus experiencias visuales durante la estimulación del ojo con ultrasonido. El equipo resolvió este problema midiendo las actividades visuales directamente desde el área del cerebro visual de la rata conocida como colículo superior, a la que está conectado directamente el nervio óptico. Al colocar una matriz de electrodos múltiples en esta área, fue posible registrar la activación de la retina por electrofisiología. El estudio demostró que cuando el ultrasonido se proyecta como un patrón en la retina (por ejemplo, la letra «C») era posible medir las actividades correspondientes en el colículo superior.

Uno de los requisitos más importantes de la prótesis visual es que el usuario pueda ver las imágenes con la mayor nitidez posible. Para lograr esto, las imágenes entrantes deben contener muchos puntos individuales. La cámara conectada al sistema puede manejar esto, pero ¿las ondas de sonido son capaces de transmitir detalles tan pequeños a las neuronas de la retina sin fusionarse entre sí?

«El problema de resolución del sistema experimental aún no ha terminado», dice Xuejun Qian, investigador postdoctoral en el laboratorio de Zhou, quien demostró por primera vez la estimulación retiniana por ultrasonido en ratas ciegas in vivo. «En ratas, el haz de ultrasonido estimuló un área circular de la retina con un diámetro de aproximadamente 250 millonésimas de metro, mientras que las neuronas individuales que tienen solo unas pocas millonésimas de milímetro de tamaño se juntan en la retina. Por lo tanto, para lograr una mejor resolución, necesitamos experimentar con haces de ultrasonido de mayor frecuencia».

Los experimentos realizados por el equipo mostraron que las neuronas emitían la señal más fuerte cuando se activaban unas cinco veces por segundo. Pero los cerebros humanos tienen una velocidad de cálculo mucho mayor, por lo que pueden ver cada imagen por separado a esta velocidad. Debido a esta limitación, la imagen de una persona sentada frente a usted puede parecer muy entrecortada. Los creadores de películas y videojuegos son conscientes de que las imágenes pueden ser fluidas solo a una velocidad de fotogramas de 24 fotogramas por segundo. Cuando los investigadores probaron a una velocidad de cuadros tan alta, las neuronas en los ojos de las ratas fallaron.

Dr. Biju Thomas (Profesor Asociado de Investigación en Oftalmología) cree que pueden resolver al menos parcialmente este problema. Sus experimentos muestran que cuanto mayor es la frecuencia del ultrasonido, más fuertemente se activan las neuronas. Esto puede compensar la atenuación que trae una velocidad de fotogramas más alta. Según Gengxi Lu, «Diez fotogramas por segundo deberían ser suficientes para enviar con éxito las señales al cerebro».

Hay una patente pendiente sobre este nuevo sistema de estimulación por ultrasonido. Una empresa con sede en Texas llamada Nanoscope Technologies LLC, que se centra principalmente en la terapia génica para la ceguera, licenciará la técnica y brindará apoyo para realizar futuros experimentos con conejos y monos. Esto hace que Zhou sea optimista sobre el momento en que una persona ciega, que esté dispuesta y pueda pagarla, pueda colocarse una prótesis de visión. Si los próximos experimentos tienen éxito, esta nueva tecnología podría traducirse en ensayos clínicos en humanos dentro de los próximos 3 a 5 años.

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Chip implantado, vista natural coordina la visión en el estudio de la degeneración macular Más información: Xuejun Qian et al, Estimulación retiniana por ultrasonido no invasivo para la restauración de la visión en alta resolución espaciotemporal, BME Frontiers (2022). DOI: 10.34133/2022/9829316 Proporcionado por BME Frontiers Cita: El sonido puede estimular la retina ciega para transmitir señales al cerebro a través de una prótesis retiniana ultrasónica (8 de marzo de 2022) consultado el 29 de agosto de 2022 en https:/ /medicalxpress.com/news/2022-03-retina-transmit-brain-ultrasonic-retinal.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.