Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Sheila Nirenberg: Une prothèse oculaire pour traiter la cécité

Traducteur: Elisabeth Buffard Relecteur: Anna Cristiana Minoli

I study how the brain processes

J'étudie comment le cerveau traite l'information.

information. That is, how it takes

C'est-à-dire, comment il reçoit

information in from the outside world, and

les informations du monde extérieur, et

converts it into patterns of electrical activity,

les convertit en modèles d'activité électrique,

and then how it uses those patterns

puis comment il utilise ces modèles

to allow you to do things --

pour vous permettre de faire des choses --

to see, hear, to reach for an object.

voir, entendre, tendre la main pour attraper un objet.

So I'm really a basic scientist, not

Je suis à la base un scientifique,

a clinician, but in the last year and a half

pas un clinicien, mais depuis un an et demi

I've started to switch over, to use what

j'ai commencé à m'engager dans une nouvelle voie,

we've been learning about these patterns

à utiliser ce que nous avons appris de ces modèles

of activity to develop prosthetic devices,

d'activité pour développer des prothèses,

and what I wanted to do today is show you

et aujourd'hui, je voulais vous en montrer

an example of this.

un exemple.

It's really our first foray into this.

C'est vraiment notre première tentative dans ce domaine.

It's the development of a prosthetic device

C'est le développement d'une prothèse

for treating blindness.

pour traiter la cécité.

So let me start in on that problem.

Permettez-moi d'aborder ce problème.

There are 10 million people in the U.S.

Il y a 10 millions de personnes aux États-Unis

and many more worldwide who are blind

et beaucoup d'autres dans le monde qui sont aveugles

or are facing blindness due to diseases

ou qui sont confrontés à la cécité suite à une maladie

of the retina, diseases like

de la rétine, des maladies comme

macular degeneration, and there's little

la dégénérescence maculaire, et il n'y a pas

that can be done for them.

grand chose qu'on puisse faire pour eux.

There are some drug treatments, but

Il y a des traitements médicamenteux, mais

they're only effective on a small fraction

ils ne sont efficaces que sur une petite fraction

of the population. And so, for the vast

de la population. Et donc, pour la grande

majority of patients, their best hope for

majorité des patients, leurs plus grand espoir

regaining sight is through prosthetic devices.

de retrouver la vue repose sur des prothèses.

The problem is that current prosthetics

Le problème est que les prothèses actuelles

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

de fonctionnent pas très bien. Elles sont encore très

limited in the vision that they can provide.

limitées quant à la vision qu'elles procurent.

And so, you know, for example, with these

Et donc, par exemple, avec ces prothèses,

devices, patients can see simple things

les patients peuvent voir des choses simples

like bright lights and high contrast edges,

comme les lumières vives et des bordures à contraste élevé,

not very much more, so nothing close

pas beaucoup plus, donc rien qui se rapproche

to normal vision has been possible.

d'une vision normale n'a été possible.

So what I'm going to tell you about today

Alors ce dont je vais vous parler aujourd'hui

is a device that we've been working on

est une prothèse sur laquelle nous avons travaillé

that I think has the potential to make

et qui je pense peut faire une différence,

a difference, to be much more effective,

en étant beaucoup plus efficace,

and what I wanted to do is show you

et je voulais vous montrer

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

comment elle fonctionne. Revenons un peu

little bit and show you how a normal retina

en arrière, et je vais vous montrer d'abord comment fonctionne

works first so you can see the problem

une rétine normale pour que vous voyez le problème

that we were trying to solve.

que nous avons tenté de résoudre.

Here you have a retina.

Vous avez ici une rétine.

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

Vous avez donc une image, une rétine et un cerveau.

So when you look at something, like this image

Quand vous regardez quelque chose, comme cette image

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

d'un visage de bébé, elle entre dans votre œil

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

et atterri sur votre rétine, sur les cellules

cells here, the photoreceptors.

frontales ici, les photorécepteurs.

Then what happens is the retinal circuitry,

Et ensuite, les circuits rétiniens,

the middle part, goes to work on it,

la partie centrale, travaille dessus,

and what it does is it performs operations

et elle effectue des opérations dessus,

on it, it extracts information from it, and it

elle en extrait des informations, et

converts that information into a code.

elle convertit ces informations en code.

And the code is in the form of these patterns

Et le code a la forme de ces modèles

of electrical pulses that get sent

d'impulsions électriques qui sont envoyés

up to the brain, and so the key thing is

au cerveau, et donc la clé est que

that the image ultimately gets converted

l'image est finalement convertie

into a code. And when I say code,

en code. Et quand je dis code,

I do literally mean code.

je veux vraiment dire code littéralement.

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

Comme ce modèle d'impulsions électriques ici veut vraiment dire

and so when the brain gets this pattern

"visage de bébé", et donc quand le cerveau reçoit ce modèle

of pulses, it knows that what was out there

d'impulsions, il sait que ce qui était là

was a baby's face, and if it

c'était un visage de bébé, et si

got a different pattern it would know

il recevait un modèle différent il saurait

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

que ce qui était là c'était, disons, un chien,

or another pattern would be a house.

ou un autre modèle serait une maison.

Anyway, you get the idea.

N'importe comment, vous comprenez l'idée.

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

Et bien sûr, dans la vraie vie, tout est dynamique,

meaning that it's changing all the time,

ce qui signifie que ça change tout le temps,

so the patterns of pulses are changing

les modèles d'impulsions changent donc

all the time because the world you're

tout le temps parce que le monde que

looking at is changing all the time too.

vous voyez change aussi tout le temps.

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

Vous voyez, c'est plutôt compliqué.

thing. You have these patterns of pulses

Vous avez ces modèles d'impulsions

coming out of your eye every millisecond

qui sortent de votre œil à chaque milliseconde

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

et qui disent à votre cerveau ce que vous voyez.

So what happens when a person

Qu'est-ce qui se passe quand quelqu'un

gets a retinal degenerative disease like

a une maladie dégénérative rétinienne comme

macular degeneration? What happens is

le dégénérescence maculaire? Ce qui se passe

is that, the front-end cells die,

c'est que les cellules de surface meurent,

the photoreceptors die, and over time,

les photorécepteurs meurent, et avec le temps,

all the cells and the circuits that are

toutes les cellules et les circuits qui

connected to them, they die too.

y sont connectés meurent aussi.

Until the only things that you have left

Jusqu'à ce que les seules choses qui vous restent

are these cells here, the output cells,

sont les cellules ici, les cellules d'informations,

the ones that send the signals to the brain,

celles qui envoient les signaux au cerveau,

but because of all that degeneration

mais à cause de toute cette dégénérescence

they aren't sending any signals anymore.

elles n'envoient plus de signaux.

They aren't getting any input, so

Elles ne reçoivent plus d'informations, alors

the person's brain no longer gets

le cerveau de la personne ne reçoit plus

any visual information --

d'informations visuelles --

that is, he or she is blind.

c'est-à-dire il ou elle est aveugle.

So, a solution to the problem, then,

Alors, la solution au problème

would be to build a device that could mimic

serait de construire une prothèse qui imiterait

the actions of that front-end circuitry

les actions de ce circuit frontal

and send signals to the retina's output cells,

et enverrait des signaux aux cellules d'informations de la rétine,

and they can go back to doing their

et qu'elles puissent à nouveau remplir leur fonction

normal job of sending signals to the brain.

normale qui est d'envoyer des signaux au cerveau.

So this is what we've been working on,

C'est donc ce sur quoi nous avons travaillé,

and this is what our prosthetic does.

et voici ce que fait notre prothèse.

So it consists of two parts, what we call

Elle consiste en deux parties, ce qu'on appelle

an encoder and a transducer.

un encodeur et un transducteur.

And so the encoder does just

Et l'encodeur fait exactement

what I was saying: it mimics the actions

ce que je disais : il imite les actions

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

des circuits frontaux -- donc il amène des images

in and converts them into the retina's code.

et les convertit dans le code de la rétine.

And then the transducer then makes the

Et puis le transducteur fait

output cells send the code on up

envoyer ce code par les cellules d'informations

to the brain, and the result is

jusqu'au cerveau, et le résultat

a retinal prosthetic that can produce

est que la prothèse rétinienne peut produire

normal retinal output.

un rendu rétinien normal.

So a completely blind retina,

Une rétine complètement aveugle,

even one with no front-end circuitry at all,

même une rétine sans aucun circuit frontal,

no photoreceptors,

aucun photorécepteur,

can now send out normal signals,

peut à présent envoyer des signaux normaux,

signals that the brain can understand.

des signaux que le cerveau peut comprendre.

So no other device has been able

Aucun autre dispositif n'a pu

to do this.

faire ça.

Okay, so I just want to take

Bon je veux simplement dire

a sentence or two to say something about

une phrase ou deux sur l'encodeur

the encoder and what it's doing, because

et ce qu'il fait, parce que

it's really the key part and it's

c'est vraiment un élément clé et

sort of interesting and kind of cool.

il est assez intéressant et sympa.

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

Je ne suis pas sure que sympa soit le mot qui convient, mais

you know what I mean.

vous voyez ce que je veux dire.

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

Ce qu'il fait, c'est qu'il remplace

the retinal circuitry, really the guts of

les circuits rétiniens, les tripes mêmes

the retinal circuitry, with a set of equations,

des circuits rétiniens, par un ensemble d'équations,

a set of equations that we can implement

un ensemble d'équations que nous implémentons

on a chip. So it's just math.

sur une puce. Ce ne sont donc que des maths.

In other words, we're not literally replacing

En d'autres termes, nous ne remplaçons pas littéralement

the components of the retina.

les composants de la rétine.

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

Ce n'est pas comme si nous faisions un mini-dispositif

for each of the different cell types.

pour chacun des différents types de cellule.

We've just abstracted what the

Nous avons seulement fait une abstraction

retina's doing with a set of equations.

de ce que fait la rétine avec un ensemble d'équations.

And so, in a way, the equations are serving

Et donc, dans un sens, les équations servent

as sort of a codebook. An image comes in,

de manuel du code, en quelque sorte. Une image entre,

goes through the set of equations,

passe par l'ensemble d'équations,

and out comes streams of electrical pulses,

et des flots d'impulsions électriques ressortent,

just like a normal retina would produce.

comme en produirait une rétine normale.

Now let me put my money

Permettez-moi de joindre le geste à la parole

where my mouth is and show you that

et de vous montrer que

we can actually produce normal output,

nous pouvons vraiment produire un rendu normal,

and what the implications of this are.

et quelles sont les implications de tout ceci.

Here are three sets of

Voici trois ensembles

firing patterns. The top one is from

de modèles d’activation. Celui d'en haut

a normal animal, the middle one is from

est celui d'un animal normal, celui du milieu

a blind animal that's been treated with

est celui d'un animal aveugle qu'on a traité avec

this encoder-transducer device, and the

ce dispositif d'encodeur-transducteur, et

bottom one is from a blind animal treated

celui du bas est celui d'un animal aveugle

with a standard prosthetic.

traité avec une prothèse classique.

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

Celui d'en bas est le dispositif nec plus ultra

device that's out there right now, which is

qui est actuellement sur le marché, et

basically made up of light detectors,

qui se compose essentiellement de détecteurs de lumière,

but no encoder. So what we did was we

mais n'a pas d'encodeur. Alors ce que nous avons fait,

presented movies of everyday things --

nous avons présenté des films de choses de la vie quotidienne --

people, babies, park benches,

des gens, des bébés, des bancs dans un parc,

you know, regular things happening -- and

vous savez, des choses normales -- et

we recorded the responses from the retinas

nous avons enregistré les réactions des rétines

of these three groups of animals.

de ces trois groupes d'animaux.

Now just to orient you, each box is showing

Juste pour vous donner des repères, chaque case montre

the firing patterns of several cells,

les modèles d'activation de plusieurs cellules,

and just as in the previous slides,

et tout comme dans les diapos précédentes,

each row is a different cell,

chaque rangée est une cellule différente,

and I just made the pulses a little bit smaller

et j'ai seulement réduit les impulsions

and thinner so I could show you

et je les ai rendues plus minces pour vous montrer

a long stretch of data.

tout un ensemble de données.

So as you can see, the firing patterns

Et comme vous pouvez le voir, les modèles d’activation

from the blind animal treated with

de l'animal aveugle traité avec

the encoder-transducer really do very

l'encodeur-transducteur sont vraiment très proches

closely match the normal firing patterns --

des modèles d’activation normaux --

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

et ce n'est pas parfait, mais c'est plutôt bien.

and the blind animal treated with

et l'animal aveugle traité

the standard prosthetic,

avec la prothèse classique,

the responses really don't.

les réactions ne sont pas du tout bonnes.

And so with the standard method,

Et donc avec la méthode classique,

the cells do fire, they just don't fire

les cellules 's'activent, mais elles ne s'activent pas

in the normal firing patterns because

selon les modèles normaux parce que

they don't have the right code.

elles n'ont pas le bon code.

How important is this?

Quelle importance cela a-t-il?

What's the potential impact

Quel est l'impact potentiel

on a patient's ability to see?

sur la capacité de voir du patient?

So I'm just going to show you one

Je vais juste vous montrer

bottom-line experiment that answers this,

une expérience de base qui apporte une réponse

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

et bien sûr j'ai beaucoup d’autres données,

so if you're interested I'm happy

alors si ça vous intéresse, je serais ravie

to show more. So the experiment

de vous en montrer plus. On appelle donc cette expérience

is called a reconstruction experiment.

une expérience de reconstruction.

So what we did is we took a moment

Nous avons pris un moment donné

in time from these recordings and asked,

de ces enregistrements et avons posé la question suivante :

what was the retina seeing at that moment?

que voyait la rétine à ce moment-là?

Can we reconstruct what the retina

Pouvons-nous reconstruire ce que la rétine

was seeing from the responses

voyait à partir des réactions

from the firing patterns?

aux modèles d’activation?

So, when we did this for responses

Cela quand nous avons travaillé sur les réactions

from the standard method and from

à la méthode classique et

our encoder and transducer.

à notre encodeur et transducteur.

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

Permettez-moi de vous le montrer, et je commencerai

start with the standard method first.

par la méthode classique.

So you can see that it's pretty limited,

Vous voyez que c'est plutôt limité,

and because the firing patterns aren't

et parce que les modèles d’activation ne sont pas

in the right code, they're very limited in

dans le bon code, ils sont très limités quant à

what they can tell you about

ce qu'ils peuvent dire

what's out there. So you can see that

sur ce qu'il y a là dehors. Vous pouvez voir

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

qu'il y a quelque chose là, mais il est difficile

what that something is, and this just sort of

de savoir ce que c'est, et dans un sens

circles back to what I was saying in the

cela nous ramène à ce que je disais au début,

beginning, that with the standard method,

qu'avec la méthode classique,

patients can see high-contrast edges, they

les patients peuvent voir des bords au contraste élevé,

can see light, but it doesn't easily go

ils peuvent voir de la lumière, mais

further than that. So what was

ça ne va pas beaucoup plus loin. Alors,

the image? It was a baby's face.

quelle était cette image? C'était le visage d'un bébé.

So what about with our approach,

Et avec notre approche,

adding the code? And you can see

en ajoutant le code? Et vous pouvez voir

that it's much better. Not only can you

que c'est beaucoup mieux. Non seulement vous pouvez

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

dire que c'est un visage de bébé, mais vous pouvez

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

dire que c'est le visage de ce bébé,

really challenging task.

ce qui est une tâche vraiment difficile.

So on the left is the encoder

Donc à gauche vous voyez l'encodeur seul,

alone, and on the right is from an actual

et à droite c'est une véritable rétine aveugle,

blind retina, so the encoder and the transducer.

donc avec l'encodeur et le transducteur.

But the key one really is the encoder alone,

Mais la clé est en fait l'encodeur seul,

because we can team up the encoder with

parce que nous pouvons le coupler avec

the different transducer.

un transducteur différent.

This is just actually the first one that we tried.

C'est en fait le premier que nous avons essayé.

I just wanted to say something about the standard method.

Je voulais dire quelque chose sur la méthode classique.

When this first came out, it was just a really

Quand c'est sorti pour la première fois, c'était

exciting thing, the idea that you

vraiment enthousiasmant, l'idée que vous

even make a blind retina respond at all.

pouviez obtenir une réaction quelconque de la rétine.

But there was this limiting factor,

Mais il y avait un facteur limitatif,

the issue of the code, and how to make

le problème du code, et comment faire

the cells respond better,

que les cellules répondent mieux.

produce normal responses,

produisent des réactions normales,

and so this was our contribution.

et c'était donc notre contribution.

Now I just want to wrap up,

Je voudrais maintenant terminer,

and as I was mentioning earlier

et comme je le disais plus tôt,

of course I have a lot of other data

bien sûr j'ai beaucoup d'autres données

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

si ça vous intéresse, mais je voulais donner

this sort of basic idea

cette idée générale

of being able to communicate

de la capacité de communiquer

with the brain in its language, and

avec le cerveau dans sa langue, et

the potential power of being able to do that.

la puissance potentielle de pouvoir le faire.

So it's different from the motor prosthetics

C'est donc différent des prothèses motorisées

where you're communicating from the brain

dans lesquelles on communique depuis le cerveau

to a device. Here we have to communicate

vers un appareil. Ici nous devons communiquer

from the outside world

depuis le monde extérieur

into the brain and be understood,

jusque dans le cerveau et être compris,

and be understood by the brain.

et être compris par le cerveau.

And then the last thing I wanted

Et la dernière chose que je voulais

to say, really, is to emphasize

dire en fait, c'est insister

that the idea generalizes.

sur le fait que l'idée se généralise.

So the same strategy that we used

La même stratégie que nous avons employée

to find the code for the retina we can also

pour trouver le code pour la rétine peut aussi

use to find the code for other areas,

être employée pour trouver le code pour d'autres zones,

for example, the auditory system and

par exemple le système auditif et

the motor system, so for treating deafness

le système moteur, donc pour traiter la surdité

and for motor disorders.

et les désordres moteurs.

So just the same way that we were able to

Tout comme nous avons pu

jump over the damaged

contourner les circuits endommagés

circuitry in the retina to get to the retina's

de la rétine pour arriver à ses cellules de production,

output cells, we can jump over the

nous pouvons contourner

damaged circuitry in the cochlea

les circuits endommagés dans la cochlée

to get the auditory nerve,

pour atteindre le nerf auditif,

or jump over damaged areas in the cortex,

ou contourner les zones endommagées dans le cortex,

in the motor cortex, to bridge the gap

dans le cortex moteur, pour palier au manque

produced by a stroke.

résultant d'une attaque.

I just want to end with a simple

Je veux terminer par un message simple :

message that understanding the code

comprendre le code est très

is really, really important, and if we

très important, et si

can understand the code,

nous pouvons comprendre le code,

the language of the brain, things become

le langage du cerveau, les choses qui ne semblaient pas

possible that didn't seem obviously

possibles à première vue le deviennent.

possible before. Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)