Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

شیلا نیرنبرگ :چشمی مصنوعی برای شفای نابینایی

Translator: amir saeed sekkeh chi Reviewer: soheila Jafari

I study how the brain processes

من روی چگونگی پردازش اطلاعات

information. That is, how it takes

به وسیله ی مغز مطالعه میکنم به نحوی که

information in from the outside world, and

چطور اطلاعات از دنیای خارج گرفته ، و

converts it into patterns of electrical activity,

و به الگوهایی از فعالیتهای الکتریکی تبدیل مشوند

and then how it uses those patterns

وسپس چگونه مغز از آنها استفاده میکند

to allow you to do things --

تا شما بتونین کارهایی رو انجام دهید--

to see, hear, to reach for an object.

ببینید ،بشنوید ، شيئی را بگیرید

So I'm really a basic scientist, not

من یک دانشمند علوم بنیادی هستم و نه یک پزشک درمانی

a clinician, but in the last year and a half

ولی در یه سال نیم گذشته

I've started to switch over, to use what

شروع کردم به تغییر،تا از

we've been learning about these patterns

آموخته های این الگوها برای گسترش اندامهای مصنوعی استفاده کنم

of activity to develop prosthetic devices,

برای گسترش اندامهای مصنوعی

and what I wanted to do today is show you

کاری که میخوام امروز انجام بدم اینه که بهتون

an example of this.

یه مثال از این عمل نشون بدم

It's really our first foray into this.

در حقیقت این اولین تلاش ما برای اینکاره

It's the development of a prosthetic device

این یه پیشرفت در ساخت اندامهای مصنوعی

for treating blindness.

برای درمان نابیناییه

So let me start in on that problem.

اجازه بدید درباره ی این برنامه صحتبم رو شروع کنم

There are 10 million people in the U.S.

ده میلیون نفر در آمریکا و

and many more worldwide who are blind

خیلی بیشتر از این درسطح جهان نابینان

or are facing blindness due to diseases

هستند و یا بخاطر بیماریهای شبکیه

of the retina, diseases like

در معرض نابینایی هستند ،

macular degeneration, and there's little

بیماریهایی مثل تباهی لکه زرد

that can be done for them.

که کار کمی میشه براشون انجام داد

There are some drug treatments, but

تعدادی درمان دارویی هست ،ولی آنها فقط

they're only effective on a small fraction

برای کسر کمی از این جمعیت موثرند

of the population. And so, for the vast

پس ،برای اکثریت این افراد بیشترین

majority of patients, their best hope for

امیدشون برای بازپس گرفتن بینایشون

regaining sight is through prosthetic devices.

اندامهای مصنوعیه ،مشکل

The problem is that current prosthetics

اینجاست که اندامهای مصنوعی فعلی

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

کاملا درست عمل نمیکنند، آنها هنوز

limited in the vision that they can provide.

در توانایی نمایش تصویر خیلی محدودند ،

And so, you know, for example, with these

میدونید ، مثلا ،با این ابزار

devices, patients can see simple things

بیماران میتونن چیزای ساده رو ببینند

like bright lights and high contrast edges,

مثل نور روشن و لبه های خیلی تیز

not very much more, so nothing close

نه خیلی بیشتر، پس حتی امکان

to normal vision has been possible.

نزدیک شدن به دید طبیعی هم وجود نداشته

So what I'm going to tell you about today

چیزی که من میخوام امروز بهتون بگم

is a device that we've been working on

دستگاهیه که ما روش کار میکنیم

that I think has the potential to make

که فکر میکنم این توان را داره تا

a difference, to be much more effective,

یه تغییر موثرتری رو ایجاد کنه

and what I wanted to do is show you

و میخوام بهتون نشون بدم که چطور کار میکنه

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

اجازه بدید یه مقدار به عقب برگردم

little bit and show you how a normal retina

و نشونتون بدم که یک شبکیه سالم

works first so you can see the problem

چطور کار میکنه که بتونین مشکلی

that we were trying to solve.

رو که ما تلاش میکنیم حل کنیم رو ببینید

Here you have a retina.

اینیکه میبینید یه شبکیه است

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

خب یه عکس داریم از یه شبکیه و یه مغز

So when you look at something, like this image

پس وقتی شما به یک شیی مثل این صورت بچه

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

نگاه میکنید ،اون میره داخل چشمتون و روی

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

شبکیه میوفته روی سلول گیرنده نوری ،

cells here, the photoreceptors.

اتفاقی که میوفته اینه که

Then what happens is the retinal circuitry,

بخش میانی چرخه شبکیه

the middle part, goes to work on it,

وارد عمل میشه وعملیاتهایی رو

and what it does is it performs operations

برای جداسازی اطلاعات

on it, it extracts information from it, and it

و تبدیل اطلاعات

converts that information into a code.

به یک کد انجام میده و اون کد

And the code is in the form of these patterns

این الگو از پالسها رو بیان میکنه

of electrical pulses that get sent

که به سمت مغز فرستاده میشه

up to the brain, and so the key thing is

پس نکته کلیدی اینه که

that the image ultimately gets converted

تصاویر در نهایت به یک کد تبدیل میشن

into a code. And when I say code,

وقتی میگم کد

I do literally mean code.

منظورم دقیقا همان کد است .

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

مثل این الگو ازپالسها که دقیقا معنی یک صورت بچه رو داره

and so when the brain gets this pattern

پس وقتی مغز این الگو از پالسها رو میگیره

of pulses, it knows that what was out there

اون میفهمه که اونچیزی که اون بیرونه

was a baby's face, and if it

یه صورت بچه هست

got a different pattern it would know

و وقتی مغز الگوی دیگه ای رو بگیره

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

انوقت اون میفهمه که چیزی که نگاه میکنه

or another pattern would be a house.

یه سگه یا الگوی دیگر میتونه یه ساختمون باشه

Anyway, you get the idea.

به هر حال موضوع رو فهمیدید

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

و البته در زندگی روزمزه اینها

meaning that it's changing all the time,

همه دینامیک هستند یعنی

so the patterns of pulses are changing

این الگو از پالسها دائما در حال تغییر هستند

all the time because the world you're

چون دنیایی که شما میبینید

looking at is changing all the time too.

دائما درحال تغییره

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

پس فرایند پیچیدیه

thing. You have these patterns of pulses

این الگوهای پالسی هر یک ثانیه

coming out of your eye every millisecond

از چشم شما خارج میشن

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

و به مغز میگن که چی داره میبینه

So what happens when a person

پس چه اتفاقی میوفته وقتی یه فرد دچار

gets a retinal degenerative disease like

اختلالات شبکیه میشه

macular degeneration? What happens is

مثل تباهی لکه زرد اتفاقی که

is that, the front-end cells die,

سلولهای جلو و عقب میمیرند

the photoreceptors die, and over time,

در طول زمان سلولهای گیرنده نوری میمیرن و

all the cells and the circuits that are

و چرخه ای که بهش متصله هم میمیره

connected to them, they die too.

تنها چیزه که باقی میمونه

Until the only things that you have left

سلولهای خروجیه

are these cells here, the output cells,

سلولهایی که سیگنالها رو به مغز میفرستند

the ones that send the signals to the brain,

ولی بخاطر اون خرابی

but because of all that degeneration

اینها هم دیگر هیچ سیگنالی نمیفرستند

they aren't sending any signals anymore.

آنها هیچ ورودی دریافت نمی کنند

They aren't getting any input, so

انها هیچ ورودی دریافت نمی کنند

the person's brain no longer gets

پس مغز فرد دیگه

any visual information --

هیچ داده تصویری دریافت نمی کند

that is, he or she is blind.

که اونوقت اون فرد نابینا میشود

So, a solution to the problem, then,

پس راه حل این مشکل این خواهد بود که

would be to build a device that could mimic

دستگاهی بسازیم تا

the actions of that front-end circuitry

جای سلولهای گیرنده نور رو بگیره

and send signals to the retina's output cells,

و سیگنالهایی رو به سلولهای خارجی شبکیه

and they can go back to doing their

بفرسته و اونا بتونن به عملکرد طبیعی

normal job of sending signals to the brain.

خود برسند که فرستادن پیغام به مغزه

So this is what we've been working on,

پس این کاریه که ما داریم انجام میدم

and this is what our prosthetic does.

و این کاریه که اندام مصنوعی ما انجام میده

So it consists of two parts, what we call

پس اون شامل دو بخشه

an encoder and a transducer.

کُد گذار encoder و یه مبدل transducer

And so the encoder does just

که دقیقا کاری رو که

what I was saying: it mimics the actions

براتون گفتم رو انجام میده

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

پس اون تصاویر رو میگیره

in and converts them into the retina's code.

و انها رو به کدهای شبکیه تبدیل میکنه

And then the transducer then makes the

سپس مبدل سلولهای خروجی را تولید میکنه

output cells send the code on up

که این کدها رو

to the brain, and the result is

به مغز بفرسته و نتیجه این عمل

a retinal prosthetic that can produce

یک شبکیه مصنوعی خواهد بود که میتونه

normal retinal output.

خروجی های طبیعی شبکیه رو تولید کنه.

So a completely blind retina,

پس یه شبکیه کاملا نابینا

even one with no front-end circuitry at all,

حتی اونی که سلول گیرنده نور نداره

no photoreceptors,

حالا میتونه

can now send out normal signals,

سیگنالهای طبیعی رو که مفز میتونه اونها را متوجه بشه را بغرسته.

signals that the brain can understand.

سیگنالهای طبیعی رو که مفز میتونه اونها را متوجه بشه را بغرسته.

So no other device has been able

خُب هیچ وسیله ای قبلا نمیتونسته

to do this.

یه همچین کاری رو انجام بده

Okay, so I just want to take

بسیار خوب، من فقط میخوام

a sentence or two to say something about

یکی دو جمله درباره کدگزار

the encoder and what it's doing, because

و کاری رو که انجام میده رو بهتون بگم و چون

it's really the key part and it's

اون عملا کلیدی ترین بخشه

sort of interesting and kind of cool.

و اون یجورای خیلی جالب و باحاله

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

مطمئا نیستم که باحال کلمه ی مناسبیه یا نه ولی

you know what I mean.

منظورم رو فهمیدید

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

پس کاری که اون انجام میده اینه که اون جایگزین

the retinal circuitry, really the guts of

چرخه شبکیه میشه

the retinal circuitry, with a set of equations,

واقعا مفهوم چرخه شبکیه

a set of equations that we can implement

یه دسته از معادلات که ما میتونیم

on a chip. So it's just math.

روی یه چیپ اجرا کنیم

In other words, we're not literally replacing

به زبان دیگه، ما دقیقا اجزای شبکیه را جایگزین نمیکنیم.

the components of the retina.

به زبان دیگه، ما دقیقا اجزای شبکیه را جایگزین نمیکنیم.

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

اینطور نیست که ما دستگاهای کوچکی درست کنیم که جایگزین این نوع سلولها شوند.

for each of the different cell types.

اینطور نیست که ما دستگاهای کوچکی درست کنیم که جایگزین این نوع سلولها شوند.

We've just abstracted what the

ما فقط پایه و اساس کاری رو که

retina's doing with a set of equations.

شبکیه انجام میده رو با یه سری از معادلات

And so, in a way, the equations are serving

مینویسیم و معادلات به عنوان یه کتاب کُد

as sort of a codebook. An image comes in,

به ما کمک مکنه یعنی

goes through the set of equations,

تصویر وارد میشه با یه سری معادلات پردازش میشه

and out comes streams of electrical pulses,

و یه خروجی از پالسهای الکتریکی رو

just like a normal retina would produce.

تولید میکنه که کاملا شبیه یه شبکیه طبیعی عمل میکنه

Now let me put my money

حالا اجازه بدید که اعتبار حرفهایم را نشونتون بدم که ما واقعا به خروجی طبیعی را تولید میکنیم،

where my mouth is and show you that

حالا اجازه بدید که اعتبار حرفهایم را نشونتون بدم که ما واقعا به خروجی طبیعی را تولید میکنیم،

we can actually produce normal output,

حالا اجازه بدید که اعتبار حرفهایم را نشونتون بدم که ما واقعا به خروجی طبیعی را تولید میکنیم،

and what the implications of this are.

و اینکه این چه مفهومی داره.

Here are three sets of

اینجا سه گروه از الگوساز هست

firing patterns. The top one is from

اولی برای یه حیوونه سالمه

a normal animal, the middle one is from

وسطی برای حیوونه نابیناییه

a blind animal that's been treated with

که با این دستگاهها درمان شده

this encoder-transducer device, and the

و اخری برای حیوونه نابیناییه که

bottom one is from a blind animal treated

با دستگاههای استاندارد فعلی

with a standard prosthetic.

درمان شده

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

پس اخری در بازار موجوده

device that's out there right now, which is

که اساسا

basically made up of light detectors,

از یه حسگر نوری تولید شده

but no encoder. So what we did was we

نداره کاری که ما انجام دادیم کدگزاری ولی

presented movies of everyday things --

این بود که ما فیلمایی رو که از زندگی روزمره گرفته بودیم

people, babies, park benches,

رو مثل نوزادان و نیمکتهای پارک

you know, regular things happening -- and

و چیزهای عادی که اتفاق میوفتن

we recorded the responses from the retinas

رو به شبکیه ارائه میدادیم و واکنشهایی رو که شبکیه ی

of these three groups of animals.

این سه گروه از حیوونا میدادن رو ضبط میکردیم

Now just to orient you, each box is showing

حالا برایه اینکه بفکرتون جهت بدم ؛هر عکس نشون دهنده ی

the firing patterns of several cells,

ارسال سیگنال به وسیله ی چندتا سلوله

and just as in the previous slides,

و دقیقا مثل اسلاید قبل

each row is a different cell,

هر ردیف یه سری از سلولهای متفاوته

and I just made the pulses a little bit smaller

فقط پالسها کوچیکتر و باریک ترن که

and thinner so I could show you

که من بتونم وسعت بیشتری رو

a long stretch of data.

بهتون نشون بدم همینطور که دارد میبینید

So as you can see, the firing patterns

الگوهای ارسال که از حیوون نابینای

from the blind animal treated with

درمان شده با کدگزار - مبدل

the encoder-transducer really do very

خیلی به الگوهای ارسال شده ی

closely match the normal firing patterns --

طبیعی شباهت دارن--

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

این عالی نیست اما خیلی خوبه--

and the blind animal treated with

و حیوونی که با اندامهای استاندارد

the standard prosthetic,

درمان شده

the responses really don't.

واکنش یکسانی واقعا نداره.

And so with the standard method,

اونا به وسیله ی متددهای فعل عمل میکنند

the cells do fire, they just don't fire

سلولها الگوهایی رو ارسال میکنن ولی

in the normal firing patterns because

الگو های ارسالی درست و طبیعی رو

they don't have the right code.

ارسال نمی کنند اونا کدهای درستی رو ندارن ،

How important is this?

اینکه این موضوع چقدر اهمیت داره ؟

What's the potential impact

و چه اثر بالقوه ای

on a patient's ability to see?

روی توانایی بینایی بیمار داره ؟

So I'm just going to show you one

حالا من میخوام یه آزمایش نشونتون بدم

bottom-line experiment that answers this,

که جواب این سوال رو میده

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

والبته من داده های زیادی رو هم دارم

so if you're interested I'm happy

که اگه علاقه داشته باشین خوشحال میشم

to show more. So the experiment

چیزهای بیشتری بهتون نشون بدم

is called a reconstruction experiment.

اسم آزمایش آزمون بازسازیه

So what we did is we took a moment

کاری که ما انجام میدیم اینه که

in time from these recordings and asked,

ما لحظاتی رو در زمانهای مختلف

what was the retina seeing at that moment?

ضبط کرده ایم و بعد پرسیدیم

Can we reconstruct what the retina

که شبکیه در حال دیدن چه چیزیه ؟

was seeing from the responses

ایا ما میتونیم چیزی که دیده میشه رو

from the firing patterns?

از روی الگوهای ارسالیه شبکیه بازسازی کنیم

So, when we did this for responses

وقتی ما این کار رو برای واکنش ها

from the standard method and from

از متد معمولی فعلی و از

our encoder and transducer.

کُد گذار و مبدل مان انجام دادیم

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

بزارید نشونتون بدم ،می خوام با

start with the standard method first.

متدد استاندارد فعلی شروع کنم.

So you can see that it's pretty limited,

که شما بتونین ببینید که چقدر محدوده

and because the firing patterns aren't

چون الگوهای ارسالی از کد درستی

in the right code, they're very limited in

استفاده نمیکنند انها برای بیان

what they can tell you about

چیزی که اون بیرونه محدودن،

what's out there. So you can see that

شما میتوننید ببینید که چیزی اونجا هست

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

ولی خیلی واضح نیست که

what that something is, and this just sort of

اون چه چیزیه واین دقیقا به چیزی که

circles back to what I was saying in the

اول صحبتم گفتم برمیگرده

beginning, that with the standard method,

که با متدهای استاندارد فعلی

patients can see high-contrast edges, they

بیمار فقط لبه های تیز اجسام رو میبینه

can see light, but it doesn't easily go

اونا میتونن نور رو ببینن ولی کیفیت تصویر

further than that. So what was

نمیتونه به راحتی بیشتر بشه خب اون

the image? It was a baby's face.

تصویر چی بوده اون یه صورت کودک بود،

So what about with our approach,

خب دستگاه ما چه کیفیتی داره ؟

adding the code? And you can see

با اضافه کردن کدها خیلی بهتر از

that it's much better. Not only can you

قبل میتونه ببینه الان نه نتها میتونین بگید

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

که عکس یه صورت کودکه بلکه

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

میتونین تفاوت قائل شید

really challenging task.

که این یه چالش و کاره خیلی سختیه

So on the left is the encoder

در طرف چپ تنها سلول کُدگزاری هست

alone, and on the right is from an actual

و در طرف راست یه شبکیه کور

blind retina, so the encoder and the transducer.

مبدل و یه کد گزار

But the key one really is the encoder alone,

ولی قطعه کلیدی فقط کدگزار است

because we can team up the encoder with

چون ما میتونیم کدگزار رو با

the different transducer.

مبدل متفاوتی اضافه کنیم

This is just actually the first one that we tried.

این اولین دفعه ای هست که این کار رو انجام دادیم

I just wanted to say something about the standard method.

،می خوام چیزی رو راجع به متدهای استاندارد فعلی بهتون بگم

When this first came out, it was just a really

وقتی اینها برای اولین بار ساخته شدند

exciting thing, the idea that you

چیز جالب اینه که، این ایده که

even make a blind retina respond at all.

حتی بتونیم یه شبکیه ی نابینا رو وادار به واکنش کند است.

But there was this limiting factor,

ولی یکسری فاکتورهای محدود کننده

the issue of the code, and how to make

هم وجود داره قضیه ی کدها وچگونگی

the cells respond better,

واکنش بهتر سلولها

produce normal responses,

برای تولید واکنشهای طبیعی

and so this was our contribution.

واین هم سهم ما از این عملیات بود

Now I just want to wrap up,

حالا میخوام جمعبندی کنم و همونطور که

and as I was mentioning earlier

جلوتر اشاره کردم

of course I have a lot of other data

مسلما من خیلی اطلاعات دیگر هم دارم

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

اگر علاقه داشته باشید،

this sort of basic idea

ولی فقط میخوام این اطلاعات پایه ای رو بهتون بدم

of being able to communicate

که این توانایی رو به ما میده تا

with the brain in its language, and

به زبان خود مغز باهاش ارتباط برقرار کنید

the potential power of being able to do that.

و این قدرت بلقوه که میتونیم این کار رو انجام بدیم

So it's different from the motor prosthetics

پس این با اندامهای موتوری متفاوته

where you're communicating from the brain

جایی که شما به وسیله ی مغز

to a device. Here we have to communicate

با یک دستگاه ارتباط برقرار میکنید

from the outside world

اینجا ما مجبوریم

into the brain and be understood,

از دنیای خارجی با مغز جوری ارتباط برقرار کنیم

and be understood by the brain.

که مغز متوجه بشه

And then the last thing I wanted

و اخرین چیزی که میخوام بگم واقعا اینه که

to say, really, is to emphasize

به این موضوع تاکید کنم که

that the idea generalizes.

این یک ایده ی کلی است

So the same strategy that we used

پس ایده ای که ما برای فهمیدن کدی استفاده میکنیم

to find the code for the retina we can also

برای قسمتهای دیگه هم یکسانه

use to find the code for other areas,

برای مثال

for example, the auditory system and

سیستمهای شنوایی و حرکتی

the motor system, so for treating deafness

پس ما میتونیم با این روش ناشنوایی رو

and for motor disorders.

هم درمان کنیم وهمینطور برای اختلالات حرکتی

So just the same way that we were able to

دقبقا همان راهی که ما میتونیم

jump over the damaged

بریم سراغ مدارات اسیب دیده

circuitry in the retina to get to the retina's

تا سلولهای خروجی شبکیه رو پیدا کنیم

output cells, we can jump over the

و بریم سراغ مدارات اسیب دیده

damaged circuitry in the cochlea

در قسمت حلزونی گوش تا سلولهای

to get the auditory nerve,

عصبی شنوایی رو پیدا کنیم

or jump over damaged areas in the cortex,

یا بریم سراغ ناحیه صدمه دیده در ناحیه کرتکس مغز

in the motor cortex, to bridge the gap

در قسمت محرک کرتکس تا این خلال رو که

produced by a stroke.

بخاطر سکته به وجود اومده رو دور بزنیم

I just want to end with a simple

من میخوام با یه پیام ساده تمام کنم

message that understanding the code

که فهمیدن این کدها

is really, really important, and if we

کار فوق العاده مهمیه و اگر

can understand the code,

ما بتونیم این کدها رو که

the language of the brain, things become

زبان مغز هست رو بفهمیم

possible that didn't seem obviously

چیزهای که در گذشته ناممکن بودن

possible before. Thank you.

ممکن میشه

(Applause)

ممنونم