Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Translator: Darina Stoyanova Reviewer: Ina Stoycheva

I study how the brain processes

Аз проучвам, как мозъкът обработва

information. That is, how it takes

информация. т. е, как взема

information in from the outside world, and

информацията от външния свят и

converts it into patterns of electrical activity,

я преобразува в модели на електрическа дейност,

and then how it uses those patterns

и след това как използва тези модели,

to allow you to do things --

за да ви позволи да направите неща--

to see, hear, to reach for an object.

като да видите, да чувате, да достигнете даден обект.

So I'm really a basic scientist, not

Така че аз съм наистина обикновен учен, не съм

a clinician, but in the last year and a half

лекар, но през последната година и половина

I've started to switch over, to use what

започнах да се запознавам и да използвам

we've been learning about these patterns

това, което научавахме за тези модели

of activity to develop prosthetic devices,

на дейности за развитие на протезни устройства,

and what I wanted to do today is show you

и това, което искам да направя днес, е да ви покажа

an example of this.

пример за това.

It's really our first foray into this.

Това са нашите първи стъпки в това.

It's the development of a prosthetic device

Това е развитието на протезно устройство

for treating blindness.

за лекуване на слепота.

So let me start in on that problem.

Така че, нека започна с този проблем.

There are 10 million people in the U.S.

В САЩ има 10 милиона души

and many more worldwide who are blind

и много повече по целия свят, които са слепи

or are facing blindness due to diseases

или са застрашени от слепота, дължаща се на болести

of the retina, diseases like

на ретината, болести като

macular degeneration, and there's little

макулна дегенерация и много малко

that can be done for them.

може да се направи за тях.

There are some drug treatments, but

Има някои видове медикаментозни лечения, но

they're only effective on a small fraction

те са ефективни само за малка част

of the population. And so, for the vast

от населението. И така, за огромното

majority of patients, their best hope for

мнозинство от пациенти, тяхната най-голяма надежда за

regaining sight is through prosthetic devices.

възстановяване на зрението е чрез протезни устройства.

The problem is that current prosthetics

Проблемът е, че сегашните протези

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

не работят много добре. Те са все още много

limited in the vision that they can provide.

ограничени във визията, която могат да предоставят.

And so, you know, for example, with these

И така, вие знаете, например, с тези

devices, patients can see simple things

устройства, пациентите могат да виждат прости неща

like bright lights and high contrast edges,

като ярки светлини и много контрастни ръбове,

not very much more, so nothing close

не много друго, така че нищо близко до

to normal vision has been possible.

нормалната видимост е било възможно.

So what I'm going to tell you about today

Това, за което ще ви кажа днес

is a device that we've been working on

е устройство, по което вече работим,

that I think has the potential to make

за което мисля, че има потенциал за

a difference, to be much more effective,

промени, да бъде много по-ефективно,

and what I wanted to do is show you

и това, което искам да ви покажа, е

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

как работи. Добре, нека да се върна

little bit and show you how a normal retina

малко и първо да ви покажа как нормална ретина

works first so you can see the problem

работи, така че да виждате проблема

that we were trying to solve.

който се опитваме да решим.

Here you have a retina.

Тук имате ретината.

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

Имате изображение, ретината и мозъка.

So when you look at something, like this image

Когато гледате нещо, подобно на това изображение

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

на това бебешко лице, то отива в окото ви

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

и се приземява върху вашата ретина, върху предните

cells here, the photoreceptors.

клетки тук, фоторецепторите.

Then what happens is the retinal circuitry,

Това, което се случва, е че ретинните свръзки,

the middle part, goes to work on it,

средната част, започват да работят по него,

and what it does is it performs operations

и това което прави е, че изпълнява операции

on it, it extracts information from it, and it

върху него, като извлича информацията от него и

converts that information into a code.

превръща тази информация в код.

And the code is in the form of these patterns

А кодът е във формата на тези модели

of electrical pulses that get sent

на електрически импулси, които се изпращат

up to the brain, and so the key thing is

до мозъка и така, ключовото нещо е

that the image ultimately gets converted

изображението да се преобразува в крайна сметка

into a code. And when I say code,

в код. Когато казвам код,

I do literally mean code.

аз буквално имам предвид код.

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

Като този модел на импулси тук, който означава "бебешко лице"

and so when the brain gets this pattern

и така, когато мозъка получава този модел

of pulses, it knows that what was out there

на импулси, той знае, че това там

was a baby's face, and if it

е било бебешко лице и ако той

got a different pattern it would know

получи различен модел, би знаел

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

че това, което е било там, е да кажем, куче,

or another pattern would be a house.

или друг модел би бил къща.

Anyway, you get the idea.

Все пак, разбрахте идеята.

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

Разбира се, в реалния живот, всичко е динамично,

meaning that it's changing all the time,

което означава, че се променя през цялото време,

so the patterns of pulses are changing

така, че моделите на импулсите се променят

all the time because the world you're

през цялото време, защото света

looking at is changing all the time too.

който гледате се променя също постоянно.

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

Знаете, че това е доста сложно

thing. You have these patterns of pulses

нещо. Имате тези модели на импулси

coming out of your eye every millisecond

идвайки от очите ви всяка милисекунда,

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

казвайки на ума ви какво в същност виждате.

So what happens when a person

Какво става, когато дадено лице

gets a retinal degenerative disease like

получава дегенеративно заболяване на ретината, като

macular degeneration? What happens is

макулна дегенерация? Това което става, е

is that, the front-end cells die,

че предните клетки умират,

the photoreceptors die, and over time,

фоторецепторите умират и евентуално,

all the cells and the circuits that are

всички клетки и връзките, които са

connected to them, they die too.

свързани към тях, също умират.

Until the only things that you have left

Докато единствените неща, които са останали

are these cells here, the output cells,

са тези клетки тук, изходните клетки,

the ones that send the signals to the brain,

тези, които изпращат сигналите до мозъка,

but because of all that degeneration

но поради цялата тази дегенерация,

they aren't sending any signals anymore.

те вече не изпращат никакви сигнали.

They aren't getting any input, so

Те не получават никакъв входен приток, така че

the person's brain no longer gets

мозъка на човека вече не получава

any visual information --

ниаква визуална информация --

that is, he or she is blind.

т. е, той или тя е сляп/а.

So, a solution to the problem, then,

Решение на проблема в такъв случай,

would be to build a device that could mimic

би било да се построи устройство, което може да имитира

the actions of that front-end circuitry

действията на тези предни свръзки

and send signals to the retina's output cells,

и да изпраща сигнали на изходните клетки на ретината,

and they can go back to doing their

и те да могат да се върнат към

normal job of sending signals to the brain.

нормалната им работа да изпращат сигнали до мозъка.

So this is what we've been working on,

Така че това е върху което работихме

and this is what our prosthetic does.

и това е което нашата протеза върши.

So it consists of two parts, what we call

Ами тя се състои от две части, които наричаме

an encoder and a transducer.

енкодер и датчик.

And so the encoder does just

Енкодерът не само прави

what I was saying: it mimics the actions

това, което казах: той имитира действията

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

на предните свръзки-- взима изображения

in and converts them into the retina's code.

и ги конвертира в кода на ретината.

And then the transducer then makes the

След това датчикът кара

output cells send the code on up

изходните клетки да изпращат кода нагоре

to the brain, and the result is

към мозъка и резултатът е

a retinal prosthetic that can produce

протеза на ретината, която може да има

normal retinal output.

нормален ретинов изход.

So a completely blind retina,

Напълно сляпа ретина,

even one with no front-end circuitry at all,

дори една без предни свръзки,

no photoreceptors,

без фоторецептори,

can now send out normal signals,

сега може да изпраща нормални сигнали,

signals that the brain can understand.

сигнали, които мозъка може да разбере.

So no other device has been able

Никое друго устройство не би могло

to do this.

да направи това.

Okay, so I just want to take

Добре, просто искам да

a sentence or two to say something about

прибавя няколко изречения и да кажа нещо

the encoder and what it's doing, because

относно енкодера и какво той прави, защото

it's really the key part and it's

той наистина е ключова част и това е

sort of interesting and kind of cool.

доста интересно, и един вид страхотно.

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

Аз не съм сигурна, дали "страхотно" наистина е точната дума, но

you know what I mean.

вие знаете какво имам предвид.

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

Това, което той прави е, че замества

the retinal circuitry, really the guts of

свръзките на ретината, наистина вътршността на

the retinal circuitry, with a set of equations,

ретиновите свръзки с набор от уравнения,

a set of equations that we can implement

уравнения, които можем да прилагаме

on a chip. So it's just math.

върху чип. Това е просто математика.

In other words, we're not literally replacing

С други думи, ние не заменяме буквално

the components of the retina.

компонентите на ретината.

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

Това не е като като да правим малко устройство

for each of the different cell types.

за всеки от различните типове клетки.

We've just abstracted what the

Ние просто извлякохме това, което

retina's doing with a set of equations.

ретината прави с набор от уравнения.

And so, in a way, the equations are serving

По този начин, уравненията служат

as sort of a codebook. An image comes in,

като вид кодираща книга. Дадено изображение идва,

goes through the set of equations,

преминава през набор от уравнения,

and out comes streams of electrical pulses,

и излизат потоци от електрически импулси,

just like a normal retina would produce.

точно както нормална ретина би произвела.

Now let me put my money

Сега нека да потвърдя всичко това

where my mouth is and show you that

и да ви покажа, че

we can actually produce normal output,

всъщност ние можем да произведем нормален изход

and what the implications of this are.

и да ви покажа какви са последствията от това.

Here are three sets of

Ето три

firing patterns. The top one is from

модела на изстрелване. Горният е от

a normal animal, the middle one is from

нормално животно, средния е от

a blind animal that's been treated with

сляпо животно, което е лекувано с

this encoder-transducer device, and the

това енкодер-датчик устройство, а

bottom one is from a blind animal treated

долния е от сляпо животно третирано

with a standard prosthetic.

със стандартна протеза.

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

Долният е най-съвременното

device that's out there right now, which is

устройство, което се използва сега, което

basically made up of light detectors,

се състои основно от светлинни детектори,

but no encoder. So what we did was we

но няма енкодер. Това, което ние направихме беше,

presented movies of everyday things --

че представихме филми за ежедневни неща--

people, babies, park benches,

хора, бебета, пейки в парка,

you know, regular things happening -- and

разбиратете, обикновени неща -- и

we recorded the responses from the retinas

записахме отговорите на ретините

of these three groups of animals.

от тези три групи животни.

Now just to orient you, each box is showing

Сега просто да ви ориентирам, всяка кутия показва

the firing patterns of several cells,

моделите на изстрелване на няколко клетки,

and just as in the previous slides,

и точно както в предишните слайдове,

each row is a different cell,

всеки ред представлява друга клетка,

and I just made the pulses a little bit smaller

и аз просто направих импулсите малко по-малки

and thinner so I could show you

и по-тънки, така че да мога да ви покажа

a long stretch of data.

дълъг участък от данни.

So as you can see, the firing patterns

Както можете да видите, моделите на изстрелване

from the blind animal treated with

от сляпото животно, третирано с

the encoder-transducer really do very

енкодера-датчик са наистина много

closely match the normal firing patterns --

близки до моделите на нормалната ретина --

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

не е перфектно, но е доста добро --

and the blind animal treated with

а при сляпото животно, третирано с

the standard prosthetic,

стандартната протеза,

the responses really don't.

отговорите не правят това.

And so with the standard method,

Със стандартния метод,

the cells do fire, they just don't fire

клетките изстрелват, но те просто не изстрелват

in the normal firing patterns because

в нормалните модели, защото

they don't have the right code.

нямат правилния код.

How important is this?

Колко важно е това?

What's the potential impact

Какво е потенциалното въздействие

on a patient's ability to see?

върху способността на пациента да вижда?

So I'm just going to show you one

Просто ще ви покажа един

bottom-line experiment that answers this,

основополагащ експеримент, който отговаря на това,

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

и разбира се имам много други данни,

so if you're interested I'm happy

така че, ако проявите интерес ще съм щастлива

to show more. So the experiment

да ви покажа повече. Експериментът

is called a reconstruction experiment.

се нарича експеримент за възстановяване.

So what we did is we took a moment

Това, което направихме е, че взехме момент

in time from these recordings and asked,

във времето от тези записи и попитахме,

what was the retina seeing at that moment?

какво вижда ретината в този момент.

Can we reconstruct what the retina

Можем ли да възстановим това, което ретината

was seeing from the responses

вижда от отговорите

from the firing patterns?

от моделите на изстрелване?

So, when we did this for responses

Направихме това за отговорите

from the standard method and from

от стандартния метод и от

our encoder and transducer.

нашия енкодер и датчик.

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

Нека да ви покажа и ще

start with the standard method first.

започна със стандартния метод.

So you can see that it's pretty limited,

Можете да видите, че той е доста ограничен,

and because the firing patterns aren't

и тъй като моделите на истрелване не са

in the right code, they're very limited in

в правилния код, те са много ограничени в

what they can tell you about

това, което могат да ви кажат за

what's out there. So you can see that

това какво има там. Можете да видите, че

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

там има нещо, но не е така ясно

what that something is, and this just sort of

какво е то и това просто

circles back to what I was saying in the

ни връща обратно към това, което казах в

beginning, that with the standard method,

началото, че със стандартния метод,

patients can see high-contrast edges, they

пациентите могат да виждат високо контрастни ръбове, те

can see light, but it doesn't easily go

могат да видят светлина, но не може да се отиде

further than that. So what was

по-надалеч от това. Какво представляваше

the image? It was a baby's face.

изображението? Това беше лице на бебе.

So what about with our approach,

Какво ще кажете за нашия подход,

adding the code? And you can see

чрез добавяне на кода? Можете да видите

that it's much better. Not only can you

че е много по-добър. Не само, че можете да

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

кажете, че това е лице на бебе, но можете да

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

кажете, че това е лицето на това бебе, което е

really challenging task.

наистина амбициозна задача.

So on the left is the encoder

Така че в ляво е енкодерът

alone, and on the right is from an actual

самостоятелно, а вдясно е от действително

blind retina, so the encoder and the transducer.

сляпа ретина, така също и енкодера и датчика.

But the key one really is the encoder alone,

Но ключът е наистина в енкодера сам по себе си,

because we can team up the encoder with

тъй като можем да свържем енкодера с

the different transducer.

различен датчик.

This is just actually the first one that we tried.

Това е всъщност първият, който сме опитали.

I just wanted to say something about the standard method.

Аз просто исках да кажа нещо за стандартния метод.

When this first came out, it was just a really

Когато този първият излезе, беше наистина

exciting thing, the idea that you

вълнуващо нещо, идеята че

even make a blind retina respond at all.

дори можете да накарате сляпа ретина изобщо да реагира.

But there was this limiting factor,

Но имаше този ограничаващ фактор,

the issue of the code, and how to make

проблемът с кода и как да се накарат

the cells respond better,

клетките да отговарят по-добре,

produce normal responses,

да произвеждат нормални отговори,

and so this was our contribution.

и така, това беше нашия принос.

Now I just want to wrap up,

Сега просто искам да привърша

and as I was mentioning earlier

и както споменах по-рано,

of course I have a lot of other data

разбира се, имам много други данни

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

ако проявите интерес, но просто исках да ви дам

this sort of basic idea

тази основна идея

of being able to communicate

да можем да комуникираме

with the brain in its language, and

с мозъка на неговия език и

the potential power of being able to do that.

потенциалната сила да бъдем в състояние да направим това.

So it's different from the motor prosthetics

Така че, това е различно от моторните протези

where you're communicating from the brain

където вие комуникирате от мозъка

to a device. Here we have to communicate

към устройството. Тук трябва да комуникираме

from the outside world

от външния свят

into the brain and be understood,

към мозъка и да бъдем разбрани,

and be understood by the brain.

и да бъдем разбрани от мозъка.

And then the last thing I wanted

Последното нещо, което искам

to say, really, is to emphasize

да кажа, наистина, е да подчертая

that the idea generalizes.

че идеята обобщава.

So the same strategy that we used

Така че, същата стратегия, която използвахме

to find the code for the retina we can also

за да намерим кода за ретината, можем

use to find the code for other areas,

да използваме и за да намерим кода за други области,

for example, the auditory system and

например, слуховата система и

the motor system, so for treating deafness

двигателната система, за лечение на глухота

and for motor disorders.

и на двигателни разстройства.

So just the same way that we were able to

Така че, точно по същия начин, по който бяхме в състояние да

jump over the damaged

прескочим повредени

circuitry in the retina to get to the retina's

свръзки в ретината, за да стигнем до

output cells, we can jump over the

изходните клетки на ретината, можем да прескочим

damaged circuitry in the cochlea

повредени свръзки в кохлеата (ушния охлюв)

to get the auditory nerve,

за да стигнем слуховия нерв

or jump over damaged areas in the cortex,

или да прескочим повредени области в мозъчната кора,

in the motor cortex, to bridge the gap

в моторния кортекс, за да прескочим пропастта

produced by a stroke.

произведена от сърдечен удар.

I just want to end with a simple

Само искам да завърша с просто

message that understanding the code

послание, че разбирането на кода на съобщението

is really, really important, and if we

е наистина, наистина много важно и ако ние

can understand the code,

можем да разберем кода,

the language of the brain, things become

на езика на мозъка, стават

possible that didn't seem obviously

възможни неща, които очевидно не изглеждаха

possible before. Thank you.

възможни преди. Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)