Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

المترجم: Mahmoud Aghiorly المدقّق: Anwar Dafa-Alla

I study how the brain processes

أنا أدرس كيفية معالجة الدماغ

information. That is, how it takes

للمعلومات .. أي كيفية استقباله

information in from the outside world, and

للمعلومات من العال الخارجي

converts it into patterns of electrical activity,

ويحولها الى شفرات من الاشارات الكهربائية

and then how it uses those patterns

ومن ثم كيف يستخدم هذه الشفرات

to allow you to do things --

للسماح لنا

to see, hear, to reach for an object.

بالرؤية والاستماع و لمس الاشياء

So I'm really a basic scientist, not

في الحقيقة انا عالمة

a clinician, but in the last year and a half

ولست بطبيبة .. ولكن في السنة والنصف الماضية

I've started to switch over, to use what

بدأت أغير مجالي لكي أستخدم

we've been learning about these patterns

ما تعلمته عن تلك الشفرات

of activity to develop prosthetic devices,

من اجل تطوير الاجهزة الحسية المعطوبة

and what I wanted to do today is show you

وما أريد ان اريكم اياه اليوم

an example of this.

هو مثال عن ذلك

It's really our first foray into this.

انه في الحقيقة العرض الاول لهذه الفكرة

It's the development of a prosthetic device

انه تطوير لجهاز صناعي

for treating blindness.

لمعالجة العمي

So let me start in on that problem.

دعوني أولا اتحدث في لب المشكلة

There are 10 million people in the U.S.

هناك 10 ملايين شخص مصاب بالعمى في الولايات المتحدة الامريكية

and many more worldwide who are blind

وهناك اكثر من هذا بكثير حول العالم

or are facing blindness due to diseases

وهم مصابون بالعمى تبعاً لأمراض

of the retina, diseases like

اصابت الشبكية من مثل

macular degeneration, and there's little

التنكس البقعي و لا يوجد الكثير مما يمكننا القيام به

that can be done for them.

حيالهم

There are some drug treatments, but

هناك بعض الادوية

they're only effective on a small fraction

ولكنها فعالة فقط على نسبة قليلة منهم

of the population. And so, for the vast

ولكن من اجل الاغلبية

majority of patients, their best hope for

فان معظمهم تشكل الاجهزة الصناعية

regaining sight is through prosthetic devices.

افضل امل لهم من اجل استرجاع البصر

The problem is that current prosthetics

ولكن المشكلة ان الاجهزة الصناعية الحالية

don't work very well. They're still very

لا تعمل بشكل جيد فهي ماتزال

limited in the vision that they can provide.

توفر رؤية محدودة

And so, you know, for example, with these

فعلى سبيل المثال يمكن للمصابون بالعمي

devices, patients can see simple things

بواسطة الاجهزة الصناعية ان يروا الامور البسيطة

like bright lights and high contrast edges,

مثل الاضواء الباهرة او الحواف متباينة الالوان

not very much more, so nothing close

وهذا ليس بالكثير .. وهو امر بعيد عن

to normal vision has been possible.

الرؤية الطبيعية التي كانت لديهم

So what I'm going to tell you about today

وما اريد ان اخبركم به اليوم

is a device that we've been working on

هو جهاز كنا نعمل عليه

that I think has the potential to make

واعتقد انه يملك الامكانية

a difference, to be much more effective,

بان يصنع فارقاً فعالاً في ذلك المجال

and what I wanted to do is show you

وما اريد ان افعله الان هو ان اريكم

how it works. Okay, so let me back up a

كيفية عمله .. ولكن دعوني اسهب أكثر

little bit and show you how a normal retina

عن كيفية عمل الشبكية الطبيعية

works first so you can see the problem

من اجل ان تفطنوا للمشكلة

that we were trying to solve.

التي نحاول حلها

Here you have a retina.

هنا ترون الشبكية

So you have an image, a retina, and a brain.

لدينا صورة .. شبكية .. و دماغ

So when you look at something, like this image

لذا عندما تنظر الي شيء مثل هذه الصورة

of this baby's face, it goes into your eye

لوجه هذا الطفل .. يدخل الضوء من خلال عينيك

and it lands on your retina, on the front-end

ومن ثم يصل الى الشبكية على الخلايا

cells here, the photoreceptors.

الامامية هنا " المبصرات "

Then what happens is the retinal circuitry,

وما يحدث حينها تقوم الشبكية الكهربائية

the middle part, goes to work on it,

في الجزء الاوسط بالعمل على تلك الاشعة

and what it does is it performs operations

وما تقوم به عبر عدة عمليات

on it, it extracts information from it, and it

هو استخراج المعلومات

converts that information into a code.

وتحويلها الى شفرة

And the code is in the form of these patterns

والشفرة تشبه هذا النمط

of electrical pulses that get sent

من النبضات الكهربائية التي ترسل

up to the brain, and so the key thing is

الى الدماغ .. لذا فمحور عملية البصر هنا

that the image ultimately gets converted

هو ان الصورة تتحول بصورة دائمة

into a code. And when I say code,

الى شفرة وعندما اقول شفرة

I do literally mean code.

فانا اعني حقا المعنى الحرفي للشفرة

Like this pattern of pulses here actually means "baby's face,"

مثل هذا النمط من النبضات الذي يمثل صورة وجه الطفل

and so when the brain gets this pattern

وعندما يستقبل دماغك هذا النمط

of pulses, it knows that what was out there

من النبضات .. يحلل ويعلم ما يوجد امامه

was a baby's face, and if it

ويميزه كوجه طفل وان كان

got a different pattern it would know

استقبل نمط اخر من النبضات ستكون الاستجابة مختلفة

that what was out there was, say, a dog,

كان يكون هناك كلب

or another pattern would be a house.

او منزل فالانماط ستتجاوب مع تلك الاختلافات

Anyway, you get the idea.

أتمنى ان تكون الفكرة قد وصلت

And, of course, in real life, it's all dynamic,

وطبعا في الحياة الاعتيادية تكون العملية ديناميكية

meaning that it's changing all the time,

اعني ان الصور تتغير باستمرار

so the patterns of pulses are changing

وانماط النبضات تتجواب مع ذلك التغير باستمرار

all the time because the world you're

طيلة الوقت لان العالم

looking at is changing all the time too.

الذي نعيش فيه يتغير طيلة الوقت ايضاً

So, you know, it's sort of a complicated

لذا كما ترون الامر معقد

thing. You have these patterns of pulses

لاننا نملك هذا النمط من النبضات

coming out of your eye every millisecond

التي تخرج من أعيننا كل ميلي ثانية

telling your brain what it is that you're seeing.

وتخبر الدماغ ما الذي نراه

So what happens when a person

ولكن ماذا يحدث مع الشخص

gets a retinal degenerative disease like

حينما يصاب بمرض في الشبكية

macular degeneration? What happens is

مثل التنكس البقعي ؟ .. ما يحدث هو

is that, the front-end cells die,

ان الخلايا الامامية تموت

the photoreceptors die, and over time,

وتموت المبصرات .. وعبر الزمن

all the cells and the circuits that are

الخلايا الكهربائية التي تنتج النبضات

connected to them, they die too.

والتي تتصل مع الخلايا تموت ايضا

Until the only things that you have left

حتى يبقى شيء واحد فحسب

are these cells here, the output cells,

وهو هذه الخلايا .. الخلايا التي تصدر المخرجات

the ones that send the signals to the brain,

والاشارات الى الدماغ

but because of all that degeneration

وبسبب المرض والتنكس

they aren't sending any signals anymore.

فهي لا ترسل اي اشارات

They aren't getting any input, so

بسبب عدم وجود مدخلات

the person's brain no longer gets

وعليه فان دماغ الفرد لم يعد يستقبل

any visual information --

اي معلومات بصرية

that is, he or she is blind.

وهذا يعني ان الشخص بات مصاب بالعمى

So, a solution to the problem, then,

والحل لهذه المشكلة اذا

would be to build a device that could mimic

هو ان نبني جهاز يحاكي

the actions of that front-end circuitry

عمل الخلايا الامامية " المبصرات "

and send signals to the retina's output cells,

ونقوم بارسال اشارات لمخرجات الشبكية

and they can go back to doing their

ومن ثم يمكنها ان تعود

normal job of sending signals to the brain.

الى عملها الطبيعي فترسل الاشارات الى الدماغ

So this is what we've been working on,

وهذا ما كنا نعمل عليه

and this is what our prosthetic does.

وهذا ما يقوم به جهازنا الصناعي

So it consists of two parts, what we call

انه يتكون من جزئين .. يمكننا ان نطلق تسمية

an encoder and a transducer.

مشفر بيانات .. و محول بيانات

And so the encoder does just

والمشفر يقوم بمحاكاة تماما

what I was saying: it mimics the actions

ما تحدثث لكم عنه

of the front-end circuitry -- so it takes images

والذي تقوم به الخلايا الامامية انه يستقبل الصور

in and converts them into the retina's code.

ويقوم بتحويلها الى شفرة الشبكية

And then the transducer then makes the

ومن ثم يقوم محول البيانات

output cells send the code on up

بجعل خلايا المخرجات ترسل الشفرة

to the brain, and the result is

الى الدماغ والنتيجة هي

a retinal prosthetic that can produce

جهاز شبكية صناعي يمكنه

normal retinal output.

ان يولد مخرجات بصرية طبيعية

So a completely blind retina,

اي شبكية مصابة بالعمى تماما

even one with no front-end circuitry at all,

وحتى ان لم تكن تملك الخلايا الامامية المبصرة على الاطلاق

no photoreceptors,

وبدون مبصرات

can now send out normal signals,

يمكنها الان ان تعود لمزاولة عملها وترسل شيفرات طبيعية

signals that the brain can understand.

شيفرات يمكن للدماغ من ان يفهمها

So no other device has been able

لا يوجد جهاز آخر يمكنه

to do this.

القيام بذلك

Okay, so I just want to take

حسناً .. أريد فحسب ان اتحدث

a sentence or two to say something about

بجملة او اثنتين عن هذا الامر

the encoder and what it's doing, because

اقصد عن المشفر و وظيفته

it's really the key part and it's

لانه العنصر الاهم

sort of interesting and kind of cool.

وهو امرٌ مثير و ممتع

I'm not sure "cool" is really the right word, but

لا اظن ان كلمة ممتع هي الكلمة الملائمة لذلك

you know what I mean.

تعلمون ما اقصده

So what it's doing is, it's replacing

وما نقوم به هو إستبدال

the retinal circuitry, really the guts of

دارة الشبكية .. دارة

the retinal circuitry, with a set of equations,

الشبكية ذاتها بمجموعة من المعادلات

a set of equations that we can implement

التي يمكن برمجتها وتطبيقها

on a chip. So it's just math.

على شريحة الكترونية .. ان الامر متعلق بالرياضيات فحسب

In other words, we're not literally replacing

بعبارة اخرى .. نحن لا نقوم حرفيا باستبدال

the components of the retina.

عناصر الشبكية

It's not like we're making a little mini-device

والامر ليس وكأننا نصنع جهاز مصغر

for each of the different cell types.

لكل جزء من اجزاء الخلية

We've just abstracted what the

نحن فقط نقوم فقط استنساخ

retina's doing with a set of equations.

ما تقوم به الشبكية بواسطة مجموعة من المعادلات

And so, in a way, the equations are serving

بصورة ما المعادلات تمثل ما يمكن

as sort of a codebook. An image comes in,

القول عنه انه دفتر شفرات .. حيث تصل الصورة

goes through the set of equations,

عبر عدة مجموعات من المعادلات

and out comes streams of electrical pulses,

ومن ثم يتم بثها عبر تيار نبضات كهربائية

just like a normal retina would produce.

كما تقوم به الشبكية تماما

Now let me put my money

والان دعوني أريكم مربط الفرس

where my mouth is and show you that

لما كنت اقوله

we can actually produce normal output,

وكيف انه بالامكان ان ننتج مخرجات طبيعة

and what the implications of this are.

وماهي تبعات ذلك

Here are three sets of

هذه ثلاث نماذج

firing patterns. The top one is from

من الانماط .. الاول من الاعلى

a normal animal, the middle one is from

هو نمط معين لكائن بصير .. والوسط

a blind animal that's been treated with

هو نمط لجهاز بصري لكائن مصاب بالعمى تم معالجته

this encoder-transducer device, and the

بواسطة جهاز المشفر والناقل

bottom one is from a blind animal treated

والثالث هو لكائن أعمى

with a standard prosthetic.

يتم معالجته بالاجهزة البديلة الصناعية

So the bottom one is the state-of-the-art

وكما ترون في الاسفل انه النمط الموجود

device that's out there right now, which is

الان في الاسواق والذي يتكون في الاساس

basically made up of light detectors,

من مستقبلات ضوئية

but no encoder. So what we did was we

ولكن بدون مشفر .. ولكن ما قمنا به

presented movies of everyday things --

هو اننا عرضنا افلاما عن حياتنا الاعتيادية

people, babies, park benches,

تتضمن الافراد و الاطفال و الحدائق

you know, regular things happening -- and

كما تعلمون امورا اعتيادية تحدث من حولنا

we recorded the responses from the retinas

وقمنا بتسجيل استجابة الشبكية لكل تلك المشاهل

of these three groups of animals.

تبعا للحالات الثلاث السابقة للكائن المدروس

Now just to orient you, each box is showing

ولكي أوضح لكم .. كل مستطيل

the firing patterns of several cells,

يوضح الاشارات والانماط لعدة خلايا

and just as in the previous slides,

وكما في اللوحة السابقة

each row is a different cell,

كل صف يمثل خلية مختلفة

and I just made the pulses a little bit smaller

وقد قمت بتوضح النبض بصورة اصغر

and thinner so I could show you

واضيق من اجل ان اتمكن من عرضه عليكم

a long stretch of data.

على مدى حزمة طويلة

So as you can see, the firing patterns

وكما ترون الشفرات التي يتم اخراجها

from the blind animal treated with

من الكائن الاعمى المعالج

the encoder-transducer really do very

بواسطة المشفر والناقل هي تقريبا مماثلة

closely match the normal firing patterns --

تماما لتلك التي تخرج من الكائن

and it's not perfect, but it's pretty good --

السليم . انها ليست مثالية ولكنها جيدة حقاً

and the blind animal treated with

واما عن تلك التي تخرج من الكائن الاعمى

the standard prosthetic,

والمعالج بجهاز صناعي اعتيادي

the responses really don't.

ليست بتلك الجودة

And so with the standard method,

فيما يحدث في الطريقة الاعتيادية

the cells do fire, they just don't fire

هو ان الخلايا تطلق فعلا الانماط

in the normal firing patterns because

ولكنها لا تطلق الانماط الصحيحة

they don't have the right code.

لانها لا تستقبل الشفرات الصحيحة

How important is this?

ولكن ما اهمية هذا ؟

What's the potential impact

وما هي تبعاته المترتبة

on a patient's ability to see?

على قدرة المريض على ان يرى ؟

So I'm just going to show you one

سوف أريكم الآن

bottom-line experiment that answers this,

خلاصة الابحاث التي تجيب على ذلك

and of course I've got a lot of other data,

بالطبع لدي الكثير من الابحاث والمعلومات

so if you're interested I'm happy

لذا ان كنتم مهتمين سوف أريكم بسعادة

to show more. So the experiment

اكثر من هذا .. التجربة

is called a reconstruction experiment.

تدعى تجربة اعادة البناء

So what we did is we took a moment

ما فعلنا هو اننا اخذنا لحظة زمنية

in time from these recordings and asked,

من هذه التسجيلات وطرحنا تساؤلاً

what was the retina seeing at that moment?

ما الذي تراه الشبكية في هذه اللحظة ؟

Can we reconstruct what the retina

هل يمكننا ان نعيد بناء ما تراه الشبكية

was seeing from the responses

بسبب الاستجابات

from the firing patterns?

الناتجة عن الانماط التي تنتج تبعا لها ؟

So, when we did this for responses

عندما قمنا بهذا حيال الاستجابات

from the standard method and from

من المفهوم الاساسي .. استطعنا صناعة

our encoder and transducer.

المشفر و الناقل

So let me show you, and I'm going to

دعوني أريكم .. وسوف أبدأ ..

start with the standard method first.

بالمفهوم الاساسي الاول

So you can see that it's pretty limited,

كما ترون ان الامر هنا محدود تقريباً

and because the firing patterns aren't

ولان الانماط الصادرة

in the right code, they're very limited in

ليست هي الشفرة الصحيحة .. فالنتائج محدودة

what they can tell you about

وما يمكنهم ان يقولوا

what's out there. So you can see that

حيال ما يرونه .. هو انهم

there's something there, but it's not so clear

يرون شيئاً ولكن ليس على درجة من الوضوح

what that something is, and this just sort of

لكي يميزوا ما هو هذا الامر .. وهذا يعود

circles back to what I was saying in the

بنا الى ما كنت اقوله

beginning, that with the standard method,

في البداية فيما يخص المفهوم الاساسي

patients can see high-contrast edges, they

حيث المرضى يرون الحواف و التمايز فيما بينها

can see light, but it doesn't easily go

ويرون الضوء ولكن لا يستطيعون بسهولة

further than that. So what was

تميز ما هو ادق من هذا

the image? It was a baby's face.

اذا ماهي تلك الصورة ؟ انها صورة وجه الطفل

So what about with our approach,

ولكن ماذا عن طريقتها

adding the code? And you can see

باضافة الشفرة ؟ فسوف ترى

that it's much better. Not only can you

ليس فقط افضل بكثير

tell that it's a baby's face, but you can

وليس فقط تستطيع تميز وجه الطفل ولكن

tell that it's this baby's face, which is a

يمكنك ان تميز لمن وجه الطفل هذا بسبب دقة التفاصيل

really challenging task.

وهي مهمة صعبة للغاية

So on the left is the encoder

حسناً . على الجهة اليسرى ترون المشفر

alone, and on the right is from an actual

وعلى اليمين ترون

blind retina, so the encoder and the transducer.

صورة الشبكية المصابة بالعمى .. حسناً المشفر و المحول هنا

But the key one really is the encoder alone,

ولكن الامر المحوري هو وجود المشفر بعيداً

because we can team up the encoder with

لاننا يجب ان نصل المشفر

the different transducer.

مع المحول الآخر

This is just actually the first one that we tried.

انها التجربة الاولى التي قمنا بها

I just wanted to say something about the standard method.

اريد فقط ان اقول شيئاً عن المفهوم الاساسي

When this first came out, it was just a really

عندما صدر هذا اولاً .كان الامر

exciting thing, the idea that you

مشوقاً للغاية .. فكرة انه

even make a blind retina respond at all.

يمكن لشخص مصاب العمى بسبب شبكية معطوبة ان يتجاوب كانت فكرة رائعة

But there was this limiting factor,

ولكن كان هناك عامل يقوض هذا الامر

the issue of the code, and how to make

وهو مشكلة الشفرة .. وكيف يمكننا

the cells respond better,

توليده وتتجاوب الخلايا معه بصورة افضل

produce normal responses,

لتنتج استجابات طبيعية

and so this was our contribution.

وكانت هنا مساهمتنا في هذا النطاق

Now I just want to wrap up,

الان يجب ان الخص الامر كله

and as I was mentioning earlier

وكما اخبرتكم من قبل

of course I have a lot of other data

لدي الكثير من المعلومات

if you're interested, but I just wanted to give

ان كنتم مهتمين .. فسوف اعطيتها اياكم

this sort of basic idea

انها معلومات اولية

of being able to communicate

تخص القدرة على

with the brain in its language, and

التواصل مع الدماغ و لغته الخاصة

the potential power of being able to do that.

والقدرة الكامنة في قدرتنا على ذلك

So it's different from the motor prosthetics

ان الامر مختلف عن المحركات الصناعية

where you're communicating from the brain

التي تقوم بنقل معلومات من دماغك

to a device. Here we have to communicate

الى عضو صناعي .. فهنا علينا ان نتواصل

from the outside world

من الخارج الى الداخل

into the brain and be understood,

وعلى الدماغ فهم هذا التواصل

and be understood by the brain.

فهماً جلياً

And then the last thing I wanted

ومن ثم اخر شيء

to say, really, is to emphasize

اريد ان اقوله هو التاكيد

that the idea generalizes.

على ان هذه الفكرة يمكن تعميمها

So the same strategy that we used

ويمكن لهذه الاستراتيحية التي نستخدم

to find the code for the retina we can also

لمعرفة شفرات الشبكية

use to find the code for other areas,

ان تستخدم لمعرفة باقي المناطق

for example, the auditory system and

الجهاز السمعي على سبيل المثال

the motor system, so for treating deafness

والجهاز الحركي .. اي يمكن معالجة الصُم

and for motor disorders.

ومعالجة الاضطرابات الحركية

So just the same way that we were able to

بذات الطريقة التي تمكنا منها بالقفز

jump over the damaged

فوق اعطاب

circuitry in the retina to get to the retina's

الشبكية والوصول الى الخلايا

output cells, we can jump over the

البصرية ,, يمكننا ايضا القفز

damaged circuitry in the cochlea

فوق قوقعة الاذن المعطوبة

to get the auditory nerve,

لكي نصل الى العصب السمعي

or jump over damaged areas in the cortex,

ويمكننا القفز من فوق اجزاء القشرة الدماغية المعطوبة

in the motor cortex, to bridge the gap

الى الجهاز الحركي و من ثم نعيد وصل الجسور العصبية

produced by a stroke.

بواسطة الصدمات

I just want to end with a simple

واريد ان انهي هذه المحادثة

message that understanding the code

برسالة بسيطة مفادها ان فهم الشفرة

is really, really important, and if we

هو امر فعلا مهم جداً

can understand the code,

وان استطعنا فهم الشفرة

the language of the brain, things become

ولغة الدماغ فان الامور

possible that didn't seem obviously

المستحيلة سوف تغدو ممكنة

possible before. Thank you.

والتي لم تكن كذلك من ذي قبل

(Applause)

تصفيق