Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Sheila Nirenberg: Una prótesis ocular para tratar la ceguera

Traductor: Francisco Gnecco Revisor: Lidia Cámara de la Fuente

I study how the brain processes

Me dedico a estudiar los procesos

information. That is, how it takes

de información en el cerebro. Osea,

information in from the outside world, and

cómo capta información externa y

converts it into patterns of electrical activity,

la convierte en patrones de actividad eléctrica,

and then how it uses those patterns

y cómo usa esos patrones

to allow you to do things --

para poder hacer cosas;

to see, hear, to reach for an object.

para ver, oír, alcanzar objetos.

So I'm really a basic scientist, not

En realidad soy básicamente investigadora y no

a clinician, but in the last year and a half

médica que trata a pacientes, pero en el último año y medio

I've started to switch over, to use what

comencé a cambiar, a usar lo que

we've been learning about these patterns

hemos aprendido sobre patrones

of activity to develop prosthetic devices,

de actividad para desarrollar prótesis.

and what I wanted to do today is show you

Lo que haré hoy es mostrarles

an example of this.

un ejemplo de esto.

It's really our first foray into this.

Es nuestra primera incursión.

It's the development of a prosthetic device

Es el desarrollo de una prótesis

for treating blindness.

para corregir la ceguera.

So let me start in on that problem.

Permítanme comenzar con el problema.

There are 10 million people in the U.S.

En EEUU hay 10 millones de personas

and many more worldwide who are blind

y muchos más en todo el mundo, ciegas,

or are facing blindness due to diseases

o que están a punto de quedar ciegas por

of the retina, diseases like

males de retina, como

macular degeneration, and there's little

la degeneración macular. Y no se

that can be done for them.

puede hacer mucho para ayudarles.

There are some drug treatments, but

Hay tratamientos farmacológicos pero

they're only effective on a small fraction

sólo son efectivos para una pequeña parte

of the population. And so, for the vast

de la población. Para la gran mayoría

majority of patients, their best hope for

de los pacientes, la mayor esperanza

regaining sight is through prosthetic devices.

de recuperar la vista es mediante prótesis.

The problem is that current prosthetics

El problema es que las prótesis actuales

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

no funcionan muy bien. Son muy limitadas

limited in the vision that they can provide.

en la visión que pueden proporcionar.

And so, you know, for example, with these

Por ejemplo, en el caso de esos aparatos,

devices, patients can see simple things

los pacientes ven cosas sencillas como

like bright lights and high contrast edges,

luces brillantes y bordes de alto contraste

not very much more, so nothing close

y no mucho más. No se ha logrado nada parecido

to normal vision has been possible.

a la visión normal.

So what I'm going to tell you about today

Pero hoy quiero contarles algo sobre

is a device that we've been working on

una prótesis en la que estamos trabajando

that I think has the potential to make

que pienso, tiene el potencial para

a difference, to be much more effective,

marcar una diferencia mucho más efectiva.

and what I wanted to do is show you

Lo que haré es mostrarles

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

cómo funciona. Permítanme retroceder

little bit and show you how a normal retina

un tanto y mostrarles primero como funciona

works first so you can see the problem

una retina normal, para que vean el problema

that we were trying to solve.

que tratamos de resolver.

Here you have a retina.

Aquí tenemos una retina.

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

Tenemos una imagen, una retina y un cerebro.

So when you look at something, like this image

Al mirar algo, como esta imagen

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

de la cara de un bebé, llega al ojo

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

y se coloca en la retina, en las células de

cells here, the photoreceptors.

la parte delantera, los fotoreceptores.

Then what happens is the retinal circuitry,

Entonces los circuitos de la retina,

the middle part, goes to work on it,

en la zona intermedia, empiezan a trabajar

and what it does is it performs operations

y llevan a cabo algunas operaciones,

on it, it extracts information from it, and it

extraen la información y

converts that information into a code.

la convierten en un código.

And the code is in the form of these patterns

Ese código tiene la forma de patrones

of electrical pulses that get sent

de pulsos eléctricos que se envían

up to the brain, and so the key thing is

hacia el cerebro. Lo importante es que

that the image ultimately gets converted

la imagen finalmente se convierte

into a code. And when I say code,

en un código. Digo código

I do literally mean code.

en sentido literal.

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

Este patrón de pulsos aquí, se traduce en "cara de bebé".

and so when the brain gets this pattern

Así, cuando el cerebro recibe este patrón

of pulses, it knows that what was out there

de pulsos, sabe que lo que había allá afuera

was a baby's face, and if it

era una cara de bebé. Si recibe

got a different pattern it would know

un patrón diferente, sabrá que

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

lo que había era, por ejemplo, un perro,

or another pattern would be a house.

u otro patrón, podría ser una casa.

Anyway, you get the idea.

Creo que entienden la idea.

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

Claro, en la vida real todo es muy dinámico,

meaning that it's changing all the time,

o sea que cambia todo el tiempo.

so the patterns of pulses are changing

Los patrones de pulsos cambian

all the time because the world you're

porque el mundo que

looking at is changing all the time too.

miramos también cambia.

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

Es algo bastante complicado.

thing. You have these patterns of pulses

Tenemos patrones de pulsos

coming out of your eye every millisecond

provenientes de los ojos cada milisegundo

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

que dicen al cerebro lo que ven.

So what happens when a person

¿Qué le ocurre a una persona con una

gets a retinal degenerative disease like

enfermedad de la retina como

macular degeneration? What happens is

la degeneración macular? Lo que sucede es

is that, the front-end cells die,

que mueren las células frontales,

the photoreceptors die, and over time,

los fotoreceptores, y con el tiempo,

all the cells and the circuits that are

todas las células y los circuitos

connected to them, they die too.

conectados a ellas mueren también,

Until the only things that you have left

hasta quedar únicamente

are these cells here, the output cells,

estas células, las células de salida,

the ones that send the signals to the brain,

las que mandan las señales al cerebro.

but because of all that degeneration

Pero debido a toda esa degeneración

they aren't sending any signals anymore.

ya no pueden enviar ninguna señal.

They aren't getting any input, so

No tienen ninguna entrada,

the person's brain no longer gets

por tanto el cerebro de la persona ya no

any visual information --

recibe ninguna información;

that is, he or she is blind.

es decir, está ciega.

So, a solution to the problem, then,

Una solución al problema sería entonces

would be to build a device that could mimic

construir un aparato que imitara

the actions of that front-end circuitry

las acciones de los circuitos frontales

and send signals to the retina's output cells,

y enviara señales a las células de salida de la retina,

and they can go back to doing their

de modo que éstas retomaran su

normal job of sending signals to the brain.

función normal de mandar señales al cerebro.

So this is what we've been working on,

Es en esto en lo que trabajamos

and this is what our prosthetic does.

y esto es lo que hace nuestra prótesis.

So it consists of two parts, what we call

Consta de dos partes llamadas

an encoder and a transducer.

codificador y transductor.

And so the encoder does just

Lo que hace el codificador es simplemente

what I was saying: it mimics the actions

lo que dije: imita las acciones

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

de los circuitos frontales capta imágenes

in and converts them into the retina's code.

y las convierte en códigos de retina.

And then the transducer then makes the

Luego el transductor hace que

output cells send the code on up

las células de salida envíen el código

to the brain, and the result is

al cerebro. El resultado es una

a retinal prosthetic that can produce

prótesis de retina que puede producir

normal retinal output.

salida de retina normal.

So a completely blind retina,

Así, una retina completamente ciega,

even one with no front-end circuitry at all,

aunque no tenga ningún circuito frontal,

no photoreceptors,

sin fotoreceptores,

can now send out normal signals,

ahora puede enviar señales normales

signals that the brain can understand.

que el cerebro puede interpretar.

So no other device has been able

Ningún otro aparato ha podido

to do this.

hacer esto.

Okay, so I just want to take

Sólo quiero decir

a sentence or two to say something about

una o dos frases sobre lo que es

the encoder and what it's doing, because

el codificador y lo que hace, porque

it's really the key part and it's

en realidad es la parte central.

sort of interesting and kind of cool.

Es interesante, es genial.

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

No estoy segura si la palabra "genial" es la correcta,

you know what I mean.

pero Uds. me entienden.

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

Lo que hace es que reemplaza

the retinal circuitry, really the guts of

los circuitos de la retina, osea la esencia

the retinal circuitry, with a set of equations,

de esos circuitos, con un conjunto de ecuaciones

a set of equations that we can implement

que podemos implementar en un chip.

on a chip. So it's just math.

Puras matemáticas.

In other words, we're not literally replacing

En otras palabras, no reemplazamos

the components of the retina.

los componentes de la retina.

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

No hacemos un aparato en miniatura

for each of the different cell types.

para cada uno de los diversos tipos de células.

We've just abstracted what the

Simplemente hemos abstraído el

retina's doing with a set of equations.

funcionamiento de la retina con unas ecuaciones.

And so, in a way, the equations are serving

Las ecuaciones, en cierta forma, sirven

as sort of a codebook. An image comes in,

como diccionario. Llega una imagen,

goes through the set of equations,

pasa por las ecuaciones

and out comes streams of electrical pulses,

y sale una secuencia de pulsos eléctricos,

just like a normal retina would produce.

como los de una retina normal.

Now let me put my money

Ahora permítanme mostrar

where my mouth is and show you that

en la práctica, cómo

we can actually produce normal output,

podemos producir una visión normal.

and what the implications of this are.

Veremos las implicaciones.

Here are three sets of

Aquí hay tres conjuntos de

firing patterns. The top one is from

patrones de señales. La de arriba es de

a normal animal, the middle one is from

un animal normal. La del medio es de

a blind animal that's been treated with

un animal ciego que ha sido tratado con

this encoder-transducer device, and the

el mecanismo codificador-transductor y la

bottom one is from a blind animal treated

inferior es de un animal tratado

with a standard prosthetic.

con una prótesis corriente.

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

La última es el sistema más moderno

device that's out there right now, which is

de los existentes en la actualidad,

basically made up of light detectors,

básicamente hecho con detectores de luz,

but no encoder. So what we did was we

sin codificador. Lo que hicimos fue

presented movies of everyday things --

presentar una película sobre cosas corrientes;

people, babies, park benches,

gente, bebés, bancos de parque,

you know, regular things happening -- and

osea, cosas normales que suceden, y

we recorded the responses from the retinas

grabamos las respuestas de las retinas

of these three groups of animals.

de estos tres grupos de animales.

Now just to orient you, each box is showing

Simplemente como orientación, cada cuadro

the firing patterns of several cells,

muestra los patrones de varias células,

and just as in the previous slides,

y, como en las gráficas anteriores,

each row is a different cell,

cada fila es una célula diferente.

and I just made the pulses a little bit smaller

Sólo que aquí reduje un tanto los pulsos

and thinner so I could show you

y los hice más delgados para mostrar

a long stretch of data.

una larga cadena de datos.

So as you can see, the firing patterns

Como pueden ver, los patrones de señales

from the blind animal treated with

de los animales ciegos tratados con

the encoder-transducer really do very

el codificador-transductor,

closely match the normal firing patterns --

realmente se ajustan a los normales;

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

no es perfecto, pero sí bastante bueno.

and the blind animal treated with

Y en el caso del animal ciego tratado

the standard prosthetic,

con la prótesis corriente,

the responses really don't.

las respuestas no se parecen.

And so with the standard method,

Con el método corriente

the cells do fire, they just don't fire

las células sí emiten señales, pero

in the normal firing patterns because

no con los patrones normales, porque

they don't have the right code.

no tienen el código correcto.

How important is this?

¿Qué es lo importante de esto?

What's the potential impact

¿Cuál es el impacto potencial

on a patient's ability to see?

en la capacidad de ver de un paciente?

So I'm just going to show you one

Sólo les mostraré los resultados

bottom-line experiment that answers this,

de un experimento que responde a esto.

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

Claro que tengo muchos más datos;

so if you're interested I'm happy

si tienen interés, me encantaría

to show more. So the experiment

mostrarles más. Éste se llama

is called a reconstruction experiment.

experimento de reconstrucción.

So what we did is we took a moment

Lo que hicimos fue tomar un momento

in time from these recordings and asked,

de esas grabaciones y preguntarnos,

what was the retina seeing at that moment?

¿qué veía la retina en ese momento?

Can we reconstruct what the retina

¿Podríamos reconstruir lo que la retina

was seeing from the responses

veía, a partir de las respuestas

from the firing patterns?

de los patrones de señales?

So, when we did this for responses

Esto lo hicimos con las respuestas

from the standard method and from

del método corriente y con las del

our encoder and transducer.

codificador y transductor.

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

Aquí están. Comienzo con

start with the standard method first.

el método corriente, primero.

So you can see that it's pretty limited,

Como pueden ver, es muy imperfecto.

and because the firing patterns aren't

Como los patrones de señales no están

in the right code, they're very limited in

en el código correcto, son muy inadecuados

what they can tell you about

sobre lo que pueden mostrar

what's out there. So you can see that

de lo que había. Se puede ver que

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

hay algo ahí, pero no está muy claro

what that something is, and this just sort of

qué es. De esto

circles back to what I was saying in the

hablaba al

beginning, that with the standard method,

principio sobre el método corriente.

patients can see high-contrast edges, they

Los pacientes pueden ver bordes de alto contraste,

can see light, but it doesn't easily go

pueden ver la luz, pero no mucho más

further than that. So what was

que eso. Entonces, ¿Cuál era

the image? It was a baby's face.

la imagen? La cara del bebé.

So what about with our approach,

Y ¿cómo es con nuestro método,

adding the code? And you can see

si se añade el código? Como pueden ver

that it's much better. Not only can you

es mucho mejor. No sólo se puede decir

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

que es la cara de un bebé, sino que es

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

la cara de ese bebé, lo cual es ya un reto

really challenging task.

bastante exigente.

So on the left is the encoder

A la izquierda está el del codificador

alone, and on the right is from an actual

solo, y a la derecha, el de una retina

blind retina, so the encoder and the transducer.

ciega, con el codificador y el transductor

But the key one really is the encoder alone,

El elemento clave es el codificador solo,

because we can team up the encoder with

porque se puede conectar con

the different transducer.

un transductor diferente.

This is just actually the first one that we tried.

Este es el primero que ensayamos.

I just wanted to say something about the standard method.

Quisiera decir algo sobre el método corriente.

When this first came out, it was just a really

Cuando salió por primera vez, fue algo muy

exciting thing, the idea that you

emocionante; era la idea de

even make a blind retina respond at all.

poder hacer que una retina ciega respondiera.

But there was this limiting factor,

Pero existía este factor limitador,

the issue of the code, and how to make

el del código y cómo hacer que

the cells respond better,

las células respondieran mejor,

produce normal responses,

que produjeran respuestas normales,

and so this was our contribution.

y ésta es nuestra contribución.

Now I just want to wrap up,

Ahora quiero terminar.

and as I was mentioning earlier

Como dije antes,

of course I have a lot of other data

tengo muchos datos más,

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

si tienen interés. Todo lo que quería mostrar

this sort of basic idea

era la idea básica

of being able to communicate

de que podemos comunicarnos

with the brain in its language, and

con el cerebro en su lenguaje, y la

the potential power of being able to do that.

capacidad potencial de poder hacerlo.

So it's different from the motor prosthetics

Esto es diferente de las prótesis de movimiento

where you're communicating from the brain

donde la comunicación va del cerebro

to a device. Here we have to communicate

al aparato. Aquí tenemos que comunicarnos

from the outside world

desde el mundo exterior

into the brain and be understood,

hacia el cerebro y lograr que

and be understood by the brain.

éste nos entienda.

And then the last thing I wanted

Lo último que quiero

to say, really, is to emphasize

destacar es que

that the idea generalizes.

la idea se puede generalizar.

So the same strategy that we used

La misma estrategia que usamos

to find the code for the retina we can also

para hallar el código de la retina, también

use to find the code for other areas,

puede usarse para encontrar otros códigos,

for example, the auditory system and

por ejemplo, del sistema auditivo y

the motor system, so for treating deafness

del sistema motriz, para tratar la sordera

and for motor disorders.

y los trastornos de movimiento.

So just the same way that we were able to

De la misma manera que hemos

jump over the damaged

evitado los circuitos

circuitry in the retina to get to the retina's

deteriorados de la retina para llegar a las células

output cells, we can jump over the

de salida, así mismo podremos evitar los

damaged circuitry in the cochlea

circuitos defectuosos de la cóclea

to get the auditory nerve,

para llegar al nervio auditivo,

or jump over damaged areas in the cortex,

o evitar las áreas defectuosas del área motriz de

in the motor cortex, to bridge the gap

la corteza cerebral, para evitar el vacío

produced by a stroke.

dejado por una apoplejía.

I just want to end with a simple

Terminaré con un sencillo

message that understanding the code

mensaje diciendo que entender el código

is really, really important, and if we

es algo realmente muy importante, y si

can understand the code,

podemos entender

the language of the brain, things become

el lenguaje del cerebro, las cosas que

possible that didn't seem obviously

antes no parecían factibles, ahora

possible before. Thank you.

serán posibles. Gracias.

(Applause)

(Aplausos)