Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Sheila Nirenberg: Uma prótese de olho para tratar cegueira

Tradutor: Isabel Villan Revisor: Rafael Eufrasio

I study how the brain processes

Estudo como o cérebro processa

information. That is, how it takes

informação. Isto é, como ele pega

information in from the outside world, and

informação do mundo exterior e

converts it into patterns of electrical activity,

a converte em padrões de atividade elétrica,

and then how it uses those patterns

e, então, como ele usa esses padrões

to allow you to do things --

para permitir que você faça coisas --

to see, hear, to reach for an object.

ver, ouvir, alcançar um objeto.

So I'm really a basic scientist, not

Então, sou basicamente uma cientista, não

a clinician, but in the last year and a half

uma médica, mas no último ano e meio

I've started to switch over, to use what

comecei a mudar, a usar o que

we've been learning about these patterns

aprendemos sobre esses padrões

of activity to develop prosthetic devices,

de atividade para desenvolver dispositivos de prótese,

and what I wanted to do today is show you

e o que eu queria fazer hoje é mostrar a vocês

an example of this.

um exemplo disso.

It's really our first foray into this.

É realmente nossa primeira incursão nisso.

It's the development of a prosthetic device

É o desenvolvimento de um aparelho de prótese

for treating blindness.

para tratar cegueira.

So let me start in on that problem.

Deixem-me começar com o problema.

There are 10 million people in the U.S.

Há 10 milhões de pessoas nos E.U.A

and many more worldwide who are blind

e muitos mais no mundo todo que são cegos

or are facing blindness due to diseases

ou estão se tornando cegos devido a doenças

of the retina, diseases like

da retina, doenças como

macular degeneration, and there's little

degeneração macular, e pouco existe

that can be done for them.

que possa ser feito por elas.

There are some drug treatments, but

Há alguns tratamentos com medicamentos, mas

they're only effective on a small fraction

eles são eficazes para apenas uma pequena fração

of the population. And so, for the vast

da população. Assim, para a grande

majority of patients, their best hope for

maioria dos pacientes, a melhor expectativa deles

regaining sight is through prosthetic devices.

para recuperar a visão é através de dispositivos de prótese.

The problem is that current prosthetics

O problema é que as próteses atuais

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

não funcionam muito bem. Elas ainda são

limited in the vision that they can provide.

muito limitadas no campo de visão que proporcionam.

And so, you know, for example, with these

Dessa forma, sabem, por exemplo, com esses

devices, patients can see simple things

dispositivos, os pacientes podem ver coisas simples

like bright lights and high contrast edges,

como luzes brilhantes e bordas de contrastes fortes,

not very much more, so nothing close

não muito mais, portanto, nada próximo

to normal vision has been possible.

da visão normal tem sido possível.

So what I'm going to tell you about today

Assim, aquilo sobre o que vou lhes falar hoje

is a device that we've been working on

é um dispositivo no qual estamos trabalhando

that I think has the potential to make

que, penso, tem o potencial de fazer

a difference, to be much more effective,

diferença, ser muito mais eficiente,

and what I wanted to do is show you

e o que eu queria fazer é mostrar a vocês

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

como ele funciona. Ok, deixem-me retroceder"

little bit and show you how a normal retina

um pouquinho e mostrar a vocês primeiro como uma retina normal

works first so you can see the problem

funciona para que vocês possam ver o problema

that we were trying to solve.

que estamos tentando resolver.

Here you have a retina.

Aqui você tem um retina.

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

Você tem uma imagem, uma retina e um cérebro.

So when you look at something, like this image

Assim, quando você olha para algo, como esta imagem

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

do rosto de um bebê, ela vai para seu olho

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

e repousa na sua retina, nessas células

cells here, the photoreceptors.

frontais aqui, os fotorreceptores.

Then what happens is the retinal circuitry,

A seguir o que acontece é que o circuito da retina,

the middle part, goes to work on it,

a parte média, vai trabalhar nisso,

and what it does is it performs operations

e o que ela faz é executar operações

on it, it extracts information from it, and it

nisso, ela extrai informação disso e

converts that information into a code.

converte essa informação em um código.

And the code is in the form of these patterns

E o código é em forma desses padrões

of electrical pulses that get sent

de pulsos elétricos que são enviados

up to the brain, and so the key thing is

para o cérebro, portanto, o elemento chave é

that the image ultimately gets converted

que a imagem, em última análise, é convertida

into a code. And when I say code,

em um código. E quando digo código,

I do literally mean code.

eu literalmente me refiro a código.

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

Como esse padrão de pulsos aqui, na verdade, significa "rosto de bebê",

and so when the brain gets this pattern

e assim, quando o cérebro tem esse padrão

of pulses, it knows that what was out there

de pulsos, ele sabe que aquilo lá

was a baby's face, and if it

era um rosto de bebê, e se ele

got a different pattern it would know

tivesse um padrão diferente, ele saberia

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

que o que estava lá era, digamos, um cachorro,

or another pattern would be a house.

ou um outro padrão seria uma casa.

Anyway, you get the idea.

De qualquer forma, vocês entenderam a ideia.

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

E, é claro, na vida real, tudo é dinâmico,

meaning that it's changing all the time,

significando que está mundando o tempo todo,

so the patterns of pulses are changing

portanto, os padrões de pulsos estão mudando

all the time because the world you're

o tempo todo porque o mundo para o qual

looking at is changing all the time too.

você está olhando está mudando o tempo todo também.

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

Sabem, é uma coisa meio

thing. You have these patterns of pulses

complicada. Você tem esses padrões de pulsos

coming out of your eye every millisecond

vindo de seu olho a cada milissegundo

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

dizendo ao seu cérebro o que você está vendo.

So what happens when a person

Então, o que acontece quando uma pessoa

gets a retinal degenerative disease like

tem um doença degenerativa na retina como

macular degeneration? What happens is

a degeneração macular? O que acontece é

is that, the front-end cells die,

isso, as células frontais morrem,

the photoreceptors die, and over time,

os fotorreceptores morrem e, com o tempo,

all the cells and the circuits that are

todas as células e circuitos que estão

connected to them, they die too.

ligados a elas morrem também.

Until the only things that you have left

Até que a única coisa que resta

are these cells here, the output cells,

são essas células aqui, as células processadoras,

the ones that send the signals to the brain,

aquelas que enviam os sinais ao cérebro,

but because of all that degeneration

mas, por causa de toda essa degeneração,

they aren't sending any signals anymore.

elas não estão enviando mais nenhum sinal.

They aren't getting any input, so

Elas não estão recebendo nenhum dado, assim

the person's brain no longer gets

o cérebro da pessoa não obtém mais

any visual information --

nenhuma informação visual --

that is, he or she is blind.

ou seja, ele ou ela está cego.

So, a solution to the problem, then,

Dessa maneira, a solução para o problema, portanto,

would be to build a device that could mimic

seria construir um dispositivo que pudesse imitar

the actions of that front-end circuitry

as ações desse circuito frontal

and send signals to the retina's output cells,

e enviar sinais para as células processadoras da retina,

and they can go back to doing their

para que elas possam voltar a fazer seu

normal job of sending signals to the brain.

trabalho normal de enviar sinais ao cérebro.

So this is what we've been working on,

Assim, isto é aquilo em que estivemos trabalhando

and this is what our prosthetic does.

e isto é o que nossa prótese faz.

So it consists of two parts, what we call

Ela consiste de duas partes que chamamos

an encoder and a transducer.

de codificador e transdutor.

And so the encoder does just

Assim, o codificador faz exatamente

what I was saying: it mimics the actions

o que eu dizia: ele imita as ações

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

do circuito frontal -- ele pega imagens

in and converts them into the retina's code.

e as converte no código da retina.

And then the transducer then makes the

E, a seguir, o transdutor faz

output cells send the code on up

as células processadoras enviarem o código

to the brain, and the result is

ao cérebro, e o resultado é

a retinal prosthetic that can produce

uma prótese da retina que pode produzir

normal retinal output.

os efeitos normais da retina.

So a completely blind retina,

Assim, uma retina completamente cega,

even one with no front-end circuitry at all,

mesmo uma sem nenhum circuito frontal,

no photoreceptors,

sem fotorreceptores,

can now send out normal signals,

pode agora enviar sinais normais,

signals that the brain can understand.

sinais que o cérebro pode entender.

So no other device has been able

Nenhum outro dispositivo foi capaz

to do this.

de fazer isto.

Okay, so I just want to take

Ok, eu queria apenas usar

a sentence or two to say something about

uma ou duas frases para dizer algo sobre

the encoder and what it's doing, because

o codificador e o que ele faz, porque

it's really the key part and it's

ele é realmente a parte chave e

sort of interesting and kind of cool.

é interessante e legal.

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

Não sei se "legal" é na verdade a palavra certa, mas

you know what I mean.

vocês sabem o que quero dizer.

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

Então, o que ele está fazendo é substituir

the retinal circuitry, really the guts of

o circuito da retina, na verdade, as entranhas do

the retinal circuitry, with a set of equations,

circuito da retina, por um conjunto de equações,

a set of equations that we can implement

um conjunto de equações que podemos acrescentar

on a chip. So it's just math.

a um chip. Assim é apenas matemática.

In other words, we're not literally replacing

Em outras palavras, não estamos literalmente substituindo

the components of the retina.

os componentes da retina.

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

Não é como se estivéssemos fazendo pequeninos minidispositivos

for each of the different cell types.

para cada um dos diferentes tipos de células.

We've just abstracted what the

Apenas abstraímos o que

retina's doing with a set of equations.

a retina faz com um conjunto de equações.

And so, in a way, the equations are serving

E assim, de certa forma, as equações estão servindo

as sort of a codebook. An image comes in,

como um tipo de codificador. Uma imagem surge,

goes through the set of equations,

passa pelo conjunto de equações

and out comes streams of electrical pulses,

e saem correntes de pulsos elétricos,

just like a normal retina would produce.

exatamente como uma retina normal produziria.

Now let me put my money

Agora deixem-me ser coerente

where my mouth is and show you that

com minhas afirmações e mostrar-lhes que

we can actually produce normal output,

podemos realmente produzir resultados normais

and what the implications of this are.

e quais são as implicações disso.

Here are three sets of

Aqui estão três conjuntos de

firing patterns. The top one is from

padrões de acendimento. O do topo é de

a normal animal, the middle one is from

um animal normal, o do meio é de um

a blind animal that's been treated with

animal cego que está sendo tratado com

this encoder-transducer device, and the

este dispositivo codificador-transdutor, e o

bottom one is from a blind animal treated

da base é de um animal cego tratado

with a standard prosthetic.

com uma prótese padrão.

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

Aquele da base é o nível mais alto de desenvolvimento

device that's out there right now, which is

do dispositivo que existe por aí agora, que é

basically made up of light detectors,

basicamente feito de detetores de luz,

but no encoder. So what we did was we

mas sem codificador. Então o que fizemos foi:

presented movies of everyday things --

apresentamos filmes de coisas cotidianas --

people, babies, park benches,

pessoas, bebês, bancos de parque,

you know, regular things happening -- and

sabem, coisas normais acontecendo -- e

we recorded the responses from the retinas

gravamos as respostas das retinas

of these three groups of animals.

desses três grupos de animais.

Now just to orient you, each box is showing

Apenas para orientá-los, cada caixa está mostrando

the firing patterns of several cells,

os padrões de acendimento de várias células

and just as in the previous slides,

e, exatamente como nos slides anteriores,

each row is a different cell,

cada linha é um célula diferente,

and I just made the pulses a little bit smaller

e apenas tornei os pulsos um pouco menores

and thinner so I could show you

e mais finos para que pudesse mostrar a vocês

a long stretch of data.

um trecho longo de dados.

So as you can see, the firing patterns

Assim, como podem ver, os padrões de acendimento

from the blind animal treated with

do animal cego tratado com

the encoder-transducer really do very

o codificador-transdutor realmente se

closely match the normal firing patterns --

aproximam muito dos padrões de acendimento normais --

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

não está perfeito, mas é bastante bom --

and the blind animal treated with

e no animal cego tratado com

the standard prosthetic,

a prótese padrão,

the responses really don't.

as respostas realmente não são boas.

And so with the standard method,

Dessa forma, com o método padrão,

the cells do fire, they just don't fire

as células de fato acendem, apenas não acendem

in the normal firing patterns because

nos padrões normais de acendimento porque

they don't have the right code.

elas não têm o código correto.

How important is this?

Quão importante é isso?

What's the potential impact

Qual é o impacto potencial

on a patient's ability to see?

na habilidade de ver de um paciente?

So I'm just going to show you one

Vou mostrar-lhes exatamente um

bottom-line experiment that answers this,

experimento de base que responde essa questão,

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

e, claro, tenho muitos outros dados,

so if you're interested I'm happy

e se estiverem interessados fico feliz

to show more. So the experiment

em mostrar-lhes. O experimento

is called a reconstruction experiment.

é chamado de experiência de reconstrução.

So what we did is we took a moment

O que fizemos foi: pegamos um momento

in time from these recordings and asked,

dessas gravações e perguntamos,

what was the retina seeing at that moment?

o que a retina estava vendo nesse momento?

Can we reconstruct what the retina

Podemos reconstruir o que a retina

was seeing from the responses

estava vendo a partir das respostas

from the firing patterns?

dos padrões de acendimento?

So, when we did this for responses

Assim, fizemos isso para respostas

from the standard method and from

do método padrão e de

our encoder and transducer.

nosso codificador e transdutor.

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

Deixem-me mostrar-lhes, e vou

start with the standard method first.

começar com o método padrão primeiro.

So you can see that it's pretty limited,

Então, podem ver que é bastante limitada,

and because the firing patterns aren't

e porque os padrões de acendimento não estão

in the right code, they're very limited in

no código correto, eles são muito limitados

what they can tell you about

naquilo que conseguem captar sobre

what's out there. So you can see that

o que está lá fora. Portanto, você pode ver que

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

há alguma coisa lá, mas não está tão claro

what that something is, and this just sort of

qual é essa coisa, e isso remete

circles back to what I was saying in the

exatamente ao que eu dizia

beginning, that with the standard method,

no começo, que com o método padrão

patients can see high-contrast edges, they

os pacientes podem ver bordas de alto contraste,

can see light, but it doesn't easily go

eles podem ver luz, mas não vai muito

further than that. So what was

além disso. Então qual era

the image? It was a baby's face.

a imagem? Era um rosto de bebê.

So what about with our approach,

E com a nossa abordagem,

adding the code? And you can see

adicionando o código? Podem ver

that it's much better. Not only can you

que é muito melhor. Não apenas você pode

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

dizer que é o rosto de um bebê, mas você pode

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

dizer que é o rosto daquele bebê, o que é

really challenging task.

uma tarefa realmente desafiadora.

So on the left is the encoder

A da esquerda é do codificador

alone, and on the right is from an actual

apenas, e a da direita é de uma retina

blind retina, so the encoder and the transducer.

cega real, daí o codificador e o transdutor.

But the key one really is the encoder alone,

Mas o elemento chave realmente é apenas o codificador,

because we can team up the encoder with

porque podemos acoplar o codificador com

the different transducer.

um transdutor diferente.

This is just actually the first one that we tried.

Este na verdade é o primeiro que testamos.

I just wanted to say something about the standard method.

Queria apenas dizer algo sobre o método padrão.

When this first came out, it was just a really

Quando isto surgiu, era realmente

exciting thing, the idea that you

uma coisa entusiasmante, a ideia de que você

even make a blind retina respond at all.

fizesse mesmo uma retina cega responder.

But there was this limiting factor,

Mas havia esse fator limitante,

the issue of the code, and how to make

a questão do código, e como fazer

the cells respond better,

as células responder melhor,

produce normal responses,

produzir respostas normais,

and so this was our contribution.

então essa foi nossa contribuição.

Now I just want to wrap up,

Agora, gostaria de resumir,

and as I was mentioning earlier

e como mencionei anteriormente,

of course I have a lot of other data

claro, tenho muitos outros dados

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

se estiverem interessados, mas queria dar

this sort of basic idea

esse tipo de ideia básica

of being able to communicate

de ser capaz de comunicar

with the brain in its language, and

com o cérebro na linguagem dele, e

the potential power of being able to do that.

o poder potencial de ser capaz de fazer isso.

So it's different from the motor prosthetics

É diferente da prótese motora,

where you're communicating from the brain

na qual você se comunica do cérebro

to a device. Here we have to communicate

para o dispositivo. Aqui temos que comunicar

from the outside world

do mundo exterior

into the brain and be understood,

para o cérebro e ser entendidos,

and be understood by the brain.

e ser entendidos pelo cérebro.

And then the last thing I wanted

E assim, a última coisa que eu queria

to say, really, is to emphasize

dizer, realmente, é enfatizar

that the idea generalizes.

que a ideia se generaliza.

So the same strategy that we used

Dessa forma, a mesma estratégia que usamos

to find the code for the retina we can also

para encontrar o código para a retina podemos também

use to find the code for other areas,

usar para achar o código para outras áreas,

for example, the auditory system and

por exemplo, o sistema auditivo e

the motor system, so for treating deafness

o sistema motor, para tratar surdez

and for motor disorders.

e desordens motoras.

So just the same way that we were able to

Exatamente da mesma forma que fomos capazes

jump over the damaged

de saltar sobre o circuito

circuitry in the retina to get to the retina's

danificado na retina para atingir as células

output cells, we can jump over the

processadoras da retina, podemos saltar o

damaged circuitry in the cochlea

circuito danificado da cóclea

to get the auditory nerve,

para chegar ao nervo auditivo,

or jump over damaged areas in the cortex,

ou saltar sobre áreas danificadas no córtex,

in the motor cortex, to bridge the gap

no córtex motor, para contornar uma sequela

produced by a stroke.

produzida por uma apoplexia.

I just want to end with a simple

Queria finalizar com a simples

message that understanding the code

mensagem de que entender o código

is really, really important, and if we

é realmente, realmente importante, e se

can understand the code,

podemos entender o código,

the language of the brain, things become

a linguagem do cérebro, as coisas se tornam

possible that didn't seem obviously

possíveis quando não pareciam obviamente

possible before. Thank you.

possíveis antes. Obrigada

(Applause)

(Aplausos)