Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Translator: Antonius Yudi Sendjaja Reviewer: handarmin -

I study how the brain processes

Saya mempelajari bagaimana otak

information. That is, how it takes

mengolah informasi, bagaimana otak

information in from the outside world, and

mengambil informasi dari dunia luar

converts it into patterns of electrical activity,

dan mengubahnya menjadi pola aktivitas listrik

and then how it uses those patterns

kemudian bagaimana otak menggunakan pola itu

to allow you to do things --

agar Anda dapat melakukan berbagai hal --

to see, hear, to reach for an object.

melihat, mendengar, mengambil benda.

So I'm really a basic scientist, not

Jadi saya adalah seorang ilmuwan dasar

a clinician, but in the last year and a half

bukan seorang dokter, namun selama 1½ tahun terakhir

I've started to switch over, to use what

saya mulai beralih, untuk menggunakan

we've been learning about these patterns

apa yang telah kita pelajari tentang pola-pola

of activity to develop prosthetic devices,

kegiatan otak itu untuk mengembangkan alat alat protestik,

and what I wanted to do today is show you

dan apa yang ingin saya lakukan pada hari ini

an example of this.

adalah menunjukkan contohnya.

It's really our first foray into this.

Ini benar-benar usaha pertama kami,

It's the development of a prosthetic device

yaitu pengembangan alat protestik

for treating blindness.

untuk merawat kebutaan.

So let me start in on that problem.

Saya akan mulai dengan masalah ini.

There are 10 million people in the U.S.

Ada 10 juta orang di Amerika Serikat

and many more worldwide who are blind

dan banyak lagi di seluruh dunia yang menjadi tunanetra

or are facing blindness due to diseases

atau terancam menjadi tunanetra karena

of the retina, diseases like

penyakit retina, penyakit seperti

macular degeneration, and there's little

degenerasi makula, dan hanya sedikit

that can be done for them.

yang bisa dilakukan.

There are some drug treatments, but

Ada beberapa obat untuk itu namun

they're only effective on a small fraction

hanya bekerja efektif pada sebagian kecil penderita

of the population. And so, for the vast

Sehingga, bagi kebanyakan pasien kami

majority of patients, their best hope for

harapan terbaik mereka adalah

regaining sight is through prosthetic devices.

mendapatkan kembali penglihatan melalui alat protestik.

The problem is that current prosthetics

Masalahnya adalah alat protestik yang ada saat ini

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

tidak bekerja dengan baik. Kemampuannya

limited in the vision that they can provide.

masih sangat terbatas.

And so, you know, for example, with these

Sehingga, contohnya, dengan alat ini

devices, patients can see simple things

para pasien dapat melihat benda-benda sederhana

like bright lights and high contrast edges,

seperti cahaya yang terang atau ujung ujung yang berkontras tinggi.

not very much more, so nothing close

tidak lebih, jadi sama sekali tidak mendekati

to normal vision has been possible.

kemampuan mata normal.

So what I'm going to tell you about today

Jadi apa yang akan saya tunjukkan hari ini

is a device that we've been working on

adalah alat yang sedang kami kerjakan

that I think has the potential to make

yang saya rasa berpotensi untuk

a difference, to be much more effective,

membuat perbedaan, alat yang jauh lebih efektif

and what I wanted to do is show you

dan apa yang ingin saya lakukan adalah menunjukkan

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

cara kerjanya. Baiklah, saya akan kembali

little bit and show you how a normal retina

dan menunjukkan bagaimana cara kerja

works first so you can see the problem

dari retina normal sehingga Anda bisa mengerti masalah

that we were trying to solve.

yang kami coba selesaikan.

Here you have a retina.

Inilah retina mata.

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

Jadi ada gambar, retina, dan otak.

So when you look at something, like this image

Saat Anda melihat sesuatu, seperti gambar

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

dari wajah bayi ini, gambar ini masuk ke mata Anda

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

dan sampai ke retina, pada sel-sel paling depan

cells here, the photoreceptors.

yang bernama fotoreseptor.

Then what happens is the retinal circuitry,

Lalu yang terjadi adalah sirkuit retina,

the middle part, goes to work on it,

di bagian tengah mengerjakannya

and what it does is it performs operations

dan retina melakukan pengolahan

on it, it extracts information from it, and it

pada gambar itu, mengambil informasinya

converts that information into a code.

dan mengubah informasi itu menjadi sandi.

And the code is in the form of these patterns

Sandi itu berbentuk pola-pola pulsa listrik

of electrical pulses that get sent

yang kemudian dikirimkan

up to the brain, and so the key thing is

ke otak, sehingga kuncinya adalah

that the image ultimately gets converted

gambar itu akhirnya diubah

into a code. And when I say code,

menjadi sandi. Dan sandi di sini

I do literally mean code.

benar-benar merupakan sandi.

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

Seperti pola-pola listrik di sini sebenarnya berarti "wajah bayi,"

and so when the brain gets this pattern

sehingga saat otak mendapatkan pola

of pulses, it knows that what was out there

dari pulsa ini, otak tahu bahwa di luar sana

was a baby's face, and if it

ada wajah bayi, dan jika otak

got a different pattern it would know

mendapat pola yang berbeda, otak akan tahu

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

bahwa di luar sana ada, katakanlah, anjing

or another pattern would be a house.

atau pola lain yang merupakan rumah.

Anyway, you get the idea.

Jadi, Anda sudah memiliki gambarannya.

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

Dan sudah pasti dalam kehidupan, semuanya dinamis

meaning that it's changing all the time,

yang berarti semuanya berubah setiap saat

so the patterns of pulses are changing

sehingga pola-pola pulsa itu selalu berubah

all the time because the world you're

setiap saat karena dunia

looking at is changing all the time too.

yang Anda lihat juga berubah setiap saat.

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

Jadi, ini merupakan hal yang rumit.

thing. You have these patterns of pulses

Anda memiliki pola-pola seperti ini

coming out of your eye every millisecond

datang dari mata Anda setiap milidetik

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

memberitahukan otak apa yang Anda lihat.

So what happens when a person

Jadi apa yang terjadi saat seseorang

gets a retinal degenerative disease like

menderita penyakit degenerasi retina seperti

macular degeneration? What happens is

degenerasi makula? Yang terjadi adalah

is that, the front-end cells die,

sel-sel yang terdepan ini mati,

the photoreceptors die, and over time,

sel-sel fotoreseptor itu mati dan seiring dengan waktu

all the cells and the circuits that are

semua sel dan sirkuit yang terhubung

connected to them, they die too.

dengan sel-sel itu ikut mati.

Until the only things that you have left

Akhirnya satu-satunya hal yang tersisa

are these cells here, the output cells,

adalah sel-sel ini, sel-sel keluaran,

the ones that send the signals to the brain,

sel yang mengirimkan sinyal ke otak

but because of all that degeneration

namun karena degenerasi itu

they aren't sending any signals anymore.

sel-sel itu tidak mengirimkan sinyal lagi.

They aren't getting any input, so

Sel-sel itu tidak menerima masukan apapun

the person's brain no longer gets

sehingga otak tidak lagi mendapat

any visual information --

informasi visual apapun --

that is, he or she is blind.

sehingga dia menjadi buta.

So, a solution to the problem, then,

Jadi, salah satu jalan keluar masalah ini

would be to build a device that could mimic

adalah untuk membuat alat yang dapat meniru

the actions of that front-end circuitry

tindakan dari sel-sel terdepan itu

and send signals to the retina's output cells,

dan mengirimkan sinyal ke sel-sel keluaran retina

and they can go back to doing their

sehingga sel-sel itu dapat berfungsi kembali

normal job of sending signals to the brain.

untuk mengirimkan sinyal ke otak.

So this is what we've been working on,

Jadi inilah yang kami kerjakan

and this is what our prosthetic does.

dan inilah yang dilakukan alat kami.

So it consists of two parts, what we call

Jadi alat ini terdiri dari dua bagian, apa yang kami sebut

an encoder and a transducer.

bagian penyandi dan pentransduksi.

And so the encoder does just

Yang dilakukan penyandi hanyalah

what I was saying: it mimics the actions

yang saya katakan: meniru tindakan

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

dari sirkuit bagian depan -- alat itu mengambil gambar

in and converts them into the retina's code.

dan mengubahnya menjadi sandi retina.

And then the transducer then makes the

Kemudian pentransduksi membuat

output cells send the code on up

sel-sel keluaran mengirimkan sandi itu

to the brain, and the result is

ke otak dan hasilnya adalah

a retinal prosthetic that can produce

retina buatan yang dapat menghasilkan

normal retinal output.

keluaran retina normal.

So a completely blind retina,

Sehingga retina yang benar-benar buta

even one with no front-end circuitry at all,

bahkan tanpa sirkuit bagian depan sama sekali,

no photoreceptors,

tanpa fotoreseptor

can now send out normal signals,

dapat mengirimkan sinyal normal,

signals that the brain can understand.

sinyal yang dapat dipahami oleh otak.

So no other device has been able

Dan tidak ada alat lain yang dapat

to do this.

melakukan ini.

Okay, so I just want to take

Jadi saya hanya akan

a sentence or two to say something about

berbicara singkat mengenai

the encoder and what it's doing, because

penyandi dan yang dilakukannya, karena

it's really the key part and it's

inilah bagian kuncinya

sort of interesting and kind of cool.

dan ini cukup menarik dan keren.

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

Saya tidak tahu apakah "keren" kata yang tepat

you know what I mean.

namun Anda tahu maksud saya.

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

Jadi apa yang dilakukannya adalah menggantikan

the retinal circuitry, really the guts of

sirkuit retina, benar-benar inti dari

the retinal circuitry, with a set of equations,

sirkuit retina, dengan seperangkat persamaan

a set of equations that we can implement

yang dapat dimasukkan ke dalam sebuah chip.

on a chip. So it's just math.

Jadi ini hanya sekedar matematika.

In other words, we're not literally replacing

Dengan kata lain, kami tidak mengganti

the components of the retina.

komponen retina apapun.

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

Ini bukan seperti kami membuat alat kecil

for each of the different cell types.

untuk setiap jenis sel yang berbeda.

We've just abstracted what the

Kami hanya merangkum apa yang dilakukan

retina's doing with a set of equations.

oleh retina dengan seperangkat persamaan.

And so, in a way, the equations are serving

Jadi sedikit banyak, persamaan ini berfungsi

as sort of a codebook. An image comes in,

sebagai buku sandi. Jadi gambar masuk

goes through the set of equations,

dan melalui seperangkat persamaan ini

and out comes streams of electrical pulses,

lalu kelluarlah aliran pulsa-pulsa listrik

just like a normal retina would produce.

seperti yang dihasilkan oleh retina normal.

Now let me put my money

Misalkan saya menaruh uang

where my mouth is and show you that

di mulut saya dan menunjukkan bahwa

we can actually produce normal output,

kita dapat menghasilkan keluaran normal

and what the implications of this are.

dan apa dampak dari hal ini.

Here are three sets of

Inilah tiga kelompok dari

firing patterns. The top one is from

pola pancaran. Yang di atas adalah

a normal animal, the middle one is from

dari hewan biasa, di tengah berasal dari

a blind animal that's been treated with

hewan buta yang telah dirawat dengan

this encoder-transducer device, and the

alat penyandi-pentranduksi ini,

bottom one is from a blind animal treated

dan di bawah adalah dari hewan buta yang dirawat

with a standard prosthetic.

dengan alat buatan standar.

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

Jadi gambar di bagian bawah adalah alat paling canggih

device that's out there right now, which is

yang ada di pasaran sekarang,

basically made up of light detectors,

yang pada dasarnya dibuat dari detektor cahaya,

but no encoder. So what we did was we

tanpa penyandi. Jadi yang kami lakukan adalah

presented movies of everyday things --

mempertontonkan film dari hal sehari-hari --

people, babies, park benches,

orang, bayi, taman, pantai,

you know, regular things happening -- and

Anda tahu, hal-hal yang biasa tejradi -- dan

we recorded the responses from the retinas

kami merekam tanggapan dari retina

of these three groups of animals.

pada ketiga kelompok hewan ini.

Now just to orient you, each box is showing

Kini untuk memfokuskan Anda, setiap kotak menunjukkan

the firing patterns of several cells,

pola pancaran dari beberapa sel

and just as in the previous slides,

dan sama seperti pada slide sebelumnya,

each row is a different cell,

setiap baris adalah sel yang berbeda

and I just made the pulses a little bit smaller

dan saya membuat pulsanya sedikit lebih kecil

and thinner so I could show you

dan lebih tipis sehingga dapat memuat

a long stretch of data.

data yang banyak.

So as you can see, the firing patterns

Jadi seperti yang Anda lihat, pola pancaran

from the blind animal treated with

dari hewan buta yang dirawat dengan

the encoder-transducer really do very

alat penyandi-pentranduksi ini memang

closely match the normal firing patterns --

sangat dekat dengan pola pancaran normal --

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

tidak sempurna, namun cukup bagus --

and the blind animal treated with

dan hewan buta yang dirawat dengan

the standard prosthetic,

alat buatan standar,

the responses really don't.

tanggapannya benar-benar tidak baik.

And so with the standard method,

Jadi dengan metode standar

the cells do fire, they just don't fire

sel-sel memang memancarkannya,

in the normal firing patterns because

namun tidak memancarkan dengan pola nomal

they don't have the right code.

karena sandi yang dimilikinya tidak benar.

How important is this?

Lalu seberapa penting hal ini?

What's the potential impact

Apakah dampak potensial

on a patient's ability to see?

dalam kemampuan melihat pasien?

So I'm just going to show you one

Saya akan menunjukkan salah satu

bottom-line experiment that answers this,

percobaan mendasar yang menjawabnya

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

dan tentu saja saya memiliki banyak data

so if you're interested I'm happy

dan jika Anda tertarik, saya akan dengan senang hati

to show more. So the experiment

menunjukkannya. Jadi percobaan ini

is called a reconstruction experiment.

disebut percobaan rekonstruksi.

So what we did is we took a moment

Di sini kami mengambil pada waktu tertentu

in time from these recordings and asked,

dan merekam apa yang dilihat

what was the retina seeing at that moment?

oleh retina pada saat itu?

Can we reconstruct what the retina

Dapatkah kami merekonstruksi apa yang dilihat

was seeing from the responses

oleh retina dari tanggapan itu,

from the firing patterns?

dari pola pancaran itu?

So, when we did this for responses

Jadi saat kami merekonstruksi berdasarkan

from the standard method and from

tanggapan metode standar dan

our encoder and transducer.

penyandi dan pentranduksi kami.

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

Saya akan menunjukkan, dan saya akan mulai

start with the standard method first.

dengan metode standar.

So you can see that it's pretty limited,

Anda bisa melihat hasilnya cukup terbatas

and because the firing patterns aren't

dan karena pancaran pola itu

in the right code, they're very limited in

bukanlah sandi yang benar, namun

what they can tell you about

apa yang dapat diberitahukan

what's out there. So you can see that

tentang apa yang ada di luar sana terbatas.

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

Jadi jika ada benda di dunia luar, namun

what that something is, and this just sort of

benar-benar tidak jelas benda apa itu, ini sebenarnya

circles back to what I was saying in the

hanya mengulangi apa yang saya katakan

beginning, that with the standard method,

pada awal presentasi ini, bahwa dengan metode standar

patients can see high-contrast edges, they

pasien dapat melihat sudut yang tajam,

can see light, but it doesn't easily go

mereka dapat melihat cahaya,

further than that. So what was

namun tidak dapat melihat lebih jauh lagi.

the image? It was a baby's face.

Jadi apa gambar ini? Ini adalah wajah bayi.

So what about with our approach,

Lalu bagaimana dengan pendekatan kami,

adding the code? And you can see

dengan menambahkan sandi ini? Anda bisa melihat

that it's much better. Not only can you

semua menjadi lebih baik? Anda bukan hanya

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

dapat mengetahui itu adalah wajah bayi,

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

namun untuk mengetahui bahwa ini adalah wajah bayi

really challenging task.

itu benar-benar sulit.

So on the left is the encoder

Jadi di bagian tengah dari penyandi ini

alone, and on the right is from an actual

dan di bagian kanan adalah dari

blind retina, so the encoder and the transducer.

retina buta biasa bersama penyandi dan pentranduksi.

But the key one really is the encoder alone,

Namun kuncinya adalah penyandi itu sendiri

because we can team up the encoder with

karena kita dapat menggabungkan penyandi

the different transducer.

dengan pentranduksi berbeda.

This is just actually the first one that we tried.

Ini sebenarnya alat pertama yang kami coba.

I just wanted to say something about the standard method.

Saya ingin menjelaskan beberapa hal mengenai metode standar.

When this first came out, it was just a really

Saat metode ini keluar, ini benar-benar

exciting thing, the idea that you

hal yang menarik, ide bahwa Anda dapat

even make a blind retina respond at all.

membuat retina yang buta menanggapi sesuatu.

But there was this limiting factor,

Namun ada keterbatasan dari alat ini,

the issue of the code, and how to make

masalah dengan sandirya dan bagaimana membuat

the cells respond better,

sel-sel menanggapi dengan lebih baik,

produce normal responses,

menghasilkan tanggapan normal,

and so this was our contribution.

dan inilah sumbangan kami.

Now I just want to wrap up,

Kini saya ingin merangkum

and as I was mentioning earlier

dan seperti yang telah saya sebutkan

of course I have a lot of other data

saya memiliki banyak data lainnya,

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

jika Anda tertarik, di sini saya hanya ingin memberi

this sort of basic idea

ide mendasar bahwa

of being able to communicate

kita dapat berkomunikasi

with the brain in its language, and

dengan otak dalam bahasa otak

the potential power of being able to do that.

dan potensi untuk dapat melakukannya.

So it's different from the motor prosthetics

Jadi ini berbeda dengan motor protestik

where you're communicating from the brain

di mana Anda berkomunikasi dengan otak

to a device. Here we have to communicate

dari sebuah alat. Di sini kita berkomunikasi

from the outside world

dari dunia luar

into the brain and be understood,

langsung ke otak dan bisa

and be understood by the brain.

dipahami oleh otak.

And then the last thing I wanted

Lalu hal terakhir yang saya inginkan

to say, really, is to emphasize

adalah benar-benar untuk menekankan

that the idea generalizes.

bahwa ide ini berlaku umum.

So the same strategy that we used

Jadi strategi yang sama yang kami gunakan

to find the code for the retina we can also

untuk mencari sandi untuk retina juga dapat digunakan

use to find the code for other areas,

untuk mencari sandi bagi daerah lainnya,

for example, the auditory system and

sebagai contohnya, sistem pendengaran

the motor system, so for treating deafness

dan sistem motor, untuk merawat para tunarungu

and for motor disorders.

dan tunadaksa.

So just the same way that we were able to

Jadi cara yang sama seperti bagaimana kami berhasil

jump over the damaged

melompati kerusakan

circuitry in the retina to get to the retina's

dari sirkuit retina untuk mencapai sel-sel keluaran retina,

output cells, we can jump over the

kita dapat melompati kerusakan sirkuit

damaged circuitry in the cochlea

di koklea untuk mencapai

to get the auditory nerve,

saraf-saraf pendengaran,

or jump over damaged areas in the cortex,

atau melompati kerusakan di daerah korteks,

in the motor cortex, to bridge the gap

di daerah motor korteks, untuk menjembatani celah

produced by a stroke.

akibat dari stroke.

I just want to end with a simple

Saya ingin mengakhiri presentasi ini

message that understanding the code

dengan pesan sederhana bahwa memahami sandi itu

is really, really important, and if we

benar-benar penting

can understand the code,

dan jika kita dapat memahami

the language of the brain, things become

bahasa dari otak, berbagai hal yang sebelumnya

possible that didn't seem obviously

tampak begitu mungkin

possible before. Thank you.

menjadi mungkin. Terima kasih.

(Applause)

(Tepuk tangan)