Sheila Nirenberg: A prosthetic eye to treat blindness

Traducător: Ana Fotachi Corector: Ariana Bleau Lugo

I study how the brain processes

Studiez cum procesează creierul

information. That is, how it takes

informația.

information in from the outside world, and

Cum ia informația din lumea înconjurătoare

converts it into patterns of electrical activity,

și o transformă în tipare de activitate electrică

and then how it uses those patterns

și apoi cum folosește acele tipare

to allow you to do things --

ca să-ți permită sa faci diverse --

to see, hear, to reach for an object.

să vezi, să auzi, să te întinzi după un obiect.

So I'm really a basic scientist, not

Sunt doar om de știință,

a clinician, but in the last year and a half

nu fonetician, dar în ultimul an și jumătate

I've started to switch over, to use what

am început să virez,

we've been learning about these patterns

să folosesc ce-am învățat despre aceste tipare

of activity to develop prosthetic devices,

de activitate pentru a dezolta dispozitive protetice.

and what I wanted to do today is show you

Și azi vroiam să vă arăt

an example of this.

un exemplu.

It's really our first foray into this.

E prima noastră incursiune în așa ceva.

It's the development of a prosthetic device

E dezvoltarea unui dispozitiv protetic

for treating blindness.

pentru tratarea orbirii.

So let me start in on that problem.

Așadar să încep cu acea problemă.

There are 10 million people in the U.S.

Există 10 milioane de oameni în Statele Unite

and many more worldwide who are blind

și mult mai mulți în lume

or are facing blindness due to diseases

orbi sau pe cale să orbească

of the retina, diseases like

din pricina unor boli ale retinei,

macular degeneration, and there's little

precum degenerescența maculară.

that can be done for them.

Puțin mai poate fi făcut pentru ei.

There are some drug treatments, but

Există tratamente medicale, dar sunt eficiente

they're only effective on a small fraction

doar pentru o mică parte din populație.

of the population. And so, for the vast

Așa că pentru vasta majoritate a pacienților,

majority of patients, their best hope for

cea mai bună șansă de redobândire a vederii

regaining sight is through prosthetic devices.

e prin intermediul dispozitivelor protetice.

The problem is that current prosthetics

Problema e că protezele actuale

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

nu funcționează foarte bine.

limited in the vision that they can provide.

Încă sunt limitate în imaginea pe care o redau.

And so, you know, for example, with these

De exemplu, cu aceste dispozitive,

devices, patients can see simple things

pacienții pot vedea lucruri simple

like bright lights and high contrast edges,

precum lumini și contraste puternice,

not very much more, so nothing close

nu mai mult,

to normal vision has been possible.

n-a fost posibil nimic apropiat de vederea obișnuită.

So what I'm going to tell you about today

Prin urmare vă voi vorbi azi

is a device that we've been working on

despre un dispozitiv la care am lucrat

that I think has the potential to make

care are potențialul să aibă impact,

a difference, to be much more effective,

să fie mult mai eficient.

and what I wanted to do is show you

Și vroiam să vă arăt cum funcționează.

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

Ok, merg înapoi puțin să vă arăt

little bit and show you how a normal retina

cum funcționează o retină normală întâi,

works first so you can see the problem

ca să vedeți problema

that we were trying to solve.

pe care încercăm s-o rezolvăm.

Here you have a retina.

Aveți aici o retină.

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

Aveți o imagine, o retină și un creier.

So when you look at something, like this image

Când vă uitați la ceva ca imaginea feței unui copil,

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

ea ajunge la ochi și apoi la retină,

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

la partea mai proeminentă

cells here, the photoreceptors.

a celulelor de aici, fotoreceptorii.

Then what happens is the retinal circuitry,

Apoi ce se întâmplă e că circuitele retinei,

the middle part, goes to work on it,

partea din mijloc, se duc să lucreze la imagine,

and what it does is it performs operations

efectuează operații,

on it, it extracts information from it, and it

extrag informații din ea

converts that information into a code.

și transformă informația într-un cod.

And the code is in the form of these patterns

Codul e în forma acestor tipare

of electrical pulses that get sent

de impulsuri electrice care sunt trimise la creier.

up to the brain, and so the key thing is

Elementul cheie e că imaginea

that the image ultimately gets converted

e transformată în cele din urmă într-un cod.

into a code. And when I say code,

Și când spun cod,

I do literally mean code.

mă refer literalmente la un cod.

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

Acest tipar de impulsuri chiar înseamnă "fața unui copil",

and so when the brain gets this pattern

iar când creierul primește

of pulses, it knows that what was out there

acest tipar de impulsuri,

was a baby's face, and if it

știe că era fața unui copil

got a different pattern it would know

și dacă ar primi alt tipar

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

ar ști că era, să zicem, un câine

or another pattern would be a house.

sau alt tipar ar fi o casă.

Anyway, you get the idea.

Oricum, ați prins ideea.

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

Desigur, în viață, totul e dinamic,

meaning that it's changing all the time,

adică se schimbă tot timpul,

so the patterns of pulses are changing

deci tiparele de impulsuri se schimbă tot timpul

all the time because the world you're

deoarece lumea la care te uiți

looking at is changing all the time too.

se schimbă și ea tot timpul.

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

Deci vedeți, e un lucru destul de complicat.

thing. You have these patterns of pulses

Aveți aceste tipare de impulsuri

coming out of your eye every millisecond

care ies din ochi în fiecare milisecundă

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

spunând creierului ce anume vezi.

So what happens when a person

Deci ce se întâmplă când o persoană are la retină

gets a retinal degenerative disease like

o boală degenerativă ca degenerescența maculară?

macular degeneration? What happens is

Ce se întâmplă este că

is that, the front-end cells die,

celulele din partea proeminentă mor,

the photoreceptors die, and over time,

fotoreceptorii mor

all the cells and the circuits that are

și în timp toate celulele și circuitele

connected to them, they die too.

concectate la ele mor și ele,

Until the only things that you have left

până când tot ce-ți rămâne

are these cells here, the output cells,

sunt aceste celule, celulele output,

the ones that send the signals to the brain,

cele care trimit semnalele la creier.

but because of all that degeneration

Dar, din cauza degenerării,

they aren't sending any signals anymore.

nu mai trimit semnale.

They aren't getting any input, so

Nu primesc niciun input,

the person's brain no longer gets

deci creierul persoanei nu mai primește

any visual information --

nicio informație vizuală --

that is, he or she is blind.

adică persoana e oarbă.

So, a solution to the problem, then,

Așadar, o soluție la problemă ar fi

would be to build a device that could mimic

să construim un mecanism care să simuleze

the actions of that front-end circuitry

acțiunile acelor circuite din față,

and send signals to the retina's output cells,

să trimită semnale la celulele output ale retinei

and they can go back to doing their

ca ele să-și reia rolul lor

normal job of sending signals to the brain.

de a trimite semnale la creier.

So this is what we've been working on,

Prin urmare la asta am lucrat.

and this is what our prosthetic does.

Asta-i ce face proteza noastră.

So it consists of two parts, what we call

E compusă din două părți,

an encoder and a transducer.

ce numim un codificator și un traductor.

And so the encoder does just

Codificatorul face ce spuneam:

what I was saying: it mimics the actions

simulează acțiunile circuitelor din față --

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

prin urmare ia imaginile

in and converts them into the retina's code.

și le transformă în codul retinei.

And then the transducer then makes the

Apoi traductorul face ca celulele output

output cells send the code on up

să trimită mai departe codul la creier.

to the brain, and the result is

Iar rezultatul este

a retinal prosthetic that can produce

o proteză pentru retină care produce

normal retinal output.

informație "de ieșire" normală.

So a completely blind retina,

Prin urmare o retină complet oarbă,

even one with no front-end circuitry at all,

chiar fără niciun circuit frontal,

no photoreceptors,

niciun fotoreceptor,

can now send out normal signals,

poate acum să trimită semnale normale,

signals that the brain can understand.

semnale pe care creierul le poate înțelege.

So no other device has been able

Niciun alt dispozitiv

to do this.

n-a realizat asta.

Okay, so I just want to take

În regulă,

a sentence or two to say something about

vreau să spun câte ceva

the encoder and what it's doing, because

despre codificator și ce face el,

it's really the key part and it's

pentru că e elementul-cheie

sort of interesting and kind of cool.

și e destul de interesant și 'cool'.

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

Poate 'cool' să nu fie cuvantul potrivit,

you know what I mean.

dar înțelegeți ce vreau să spun.

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

Proteza înlocuiește circuitele retinei,

the retinal circuitry, really the guts of

chiar miezul acestor circuite,

the retinal circuitry, with a set of equations,

cu un set de ecuații,

a set of equations that we can implement

ecuații pe care le implementăm pe un cip.

on a chip. So it's just math.

E doar matematică.

In other words, we're not literally replacing

Cu alte cuvinte, nu înlocuim literalmente

the components of the retina.

compenentele retinei.

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

Nu-i ca și când facem un mini-dispozitiv

for each of the different cell types.

pentru fiecare tip de celululă.

We've just abstracted what the

Doar am abstractizat ce face retina

retina's doing with a set of equations.

cu ajutorul unui set de ecuații.

And so, in a way, the equations are serving

Într-un fel ecuațiile servesc

as sort of a codebook. An image comes in,

ca un fel de listă de coduri.

goes through the set of equations,

O imagine vine, trece prin setul de ecuații

and out comes streams of electrical pulses,

și iese sub forma unor impulsuri electrice,

just like a normal retina would produce.

exact cum ar produce o retină normală.

Now let me put my money

Acum să trec la treabă

where my mouth is and show you that

și să vă arăt

we can actually produce normal output,

că putem produce informație output,

and what the implications of this are.

și care sunt implicațiile acestui fapt.

Here are three sets of

Iată 3 seturi de tipare de transfer.

firing patterns. The top one is from

Cel de sus e de la un animal normal,

a normal animal, the middle one is from

cel din mijloc de la un animal orb

a blind animal that's been treated with

care a fost tratat

this encoder-transducer device, and the

cu dispozitivul "codificator-traductor"

bottom one is from a blind animal treated

și cel de jos e de la un animal tratat

with a standard prosthetic.

cu o proteză standard.

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

Cel de jos e cel mai recent și performant dispozitiv

device that's out there right now, which is

care se găsește în prezent pe piață,

basically made up of light detectors,

făcut din detectori de lumină, dar fără codificator.

but no encoder. So what we did was we

Deci am rulat filme

presented movies of everyday things --

cu aspecte de zi cu zi --

people, babies, park benches,

oameni, copii, bănci din parc,

you know, regular things happening -- and

lucruri obișnuite

we recorded the responses from the retinas

și am înregistrat răspunsurile de la retinele

of these three groups of animals.

acestor 3 grupuri de animale.

Now just to orient you, each box is showing

Acum ca să vă orientez,

the firing patterns of several cells,

fiecare cutie arată tiparele câtorva celule,

and just as in the previous slides,

ca în diapozitivele anterioare,

each row is a different cell,

fiecare rând e o celulă diferită.

and I just made the pulses a little bit smaller

Eu doar am făcut impulsurile

and thinner so I could show you

mai mici și mai subțiri

a long stretch of data.

ca să vă arăt un câmp mai mare de informație.

So as you can see, the firing patterns

După cum vedeți,

from the blind animal treated with

tiparele de la animalul orb ajutat

the encoder-transducer really do very

de dispozitivul "codificator-traductor"

closely match the normal firing patterns --

chiar seamănă mult cu tiparul normal.

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

Nu e perfect,

and the blind animal treated with

dar e destul de bun.

the standard prosthetic,

La animalul orb tratat cu proteza standard,

the responses really don't.

răspunsurile nu seamănă.

And so with the standard method,

Deci cu metoda standard,

the cells do fire, they just don't fire

celulele trimit semnale,

in the normal firing patterns because

dar nu după tipar normal

they don't have the right code.

pentru că n-au codul corect.

How important is this?

Cât de important este?

What's the potential impact

Care-i impactul potențial

on a patient's ability to see?

asupra abilității pacientului de-a vedea?

So I'm just going to show you one

O să vă arăt un experiment elocvent

bottom-line experiment that answers this,

care răspunde la întrebare,

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

și desigur am multe alte informații,

so if you're interested I'm happy

așa că dacă sunteți interesați,

to show more. So the experiment

vă arăt mai multe.

is called a reconstruction experiment.

Experimentul se numește experiment de "reconstruire".

So what we did is we took a moment

Ce am făcut a fost să izolăm un moment

in time from these recordings and asked,

din aceste înregistrări și ne-am întrebat,

what was the retina seeing at that moment?

ce vedea retina în acel moment?

Can we reconstruct what the retina

Putem reconstrui ce vedea retina

was seeing from the responses

pornind de la răspunsuri,

from the firing patterns?

de la tiparele codificate?

So, when we did this for responses

Am aplicat asta la răspunsurile

from the standard method and from

de la metoda standard

our encoder and transducer.

și de la sistemul nostru codificator-traductor.

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

Așadar dați-mi voie să vă arăt.

start with the standard method first.

Voi începe întâi cu metoda standard.

So you can see that it's pretty limited,

Vedeți că e destul de limitată,

and because the firing patterns aren't

și pentru că tiparele de trimitere

in the right code, they're very limited in

nu au codul corect sunt foarte limitate

what they can tell you about

în ce pot spune despre ce se întâmplă.

what's out there. So you can see that

Vedeți că este ceva acolo

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

dar nu e clar ce e acel ceva.

what that something is, and this just sort of

Și asta oarecum se întoarce

circles back to what I was saying in the

la ce spuneam la început.

beginning, that with the standard method,

Cu metoda standard pacienții văd

patients can see high-contrast edges, they

margini de contrast puternic, văd lumină,

can see light, but it doesn't easily go

dar nu se reușește mai mult de atât.

further than that. So what was

Prin urmare care era imaginea?

the image? It was a baby's face.

Era fața unui bebeluș.

So what about with our approach,

Dar abordarea noastră cu adăugare de cod?

adding the code? And you can see

Vedeți că este mult mai bine.

that it's much better. Not only can you

Nu numai că vă dați seamna

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

că e fața unui bebeluș,

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

dar vedeți că e fața acestui bebeluș,

really challenging task.

o sarcină destul de greu de îndeplinit.

So on the left is the encoder

În stânga e codificatorul singur

alone, and on the right is from an actual

iar în dreapta de la o retină oarbă,

blind retina, so the encoder and the transducer.

așadar codificatorul și traductorul.

But the key one really is the encoder alone,

Dar elementul-cheie e codificatorul însuși,

because we can team up the encoder with

pentru că-l putem cupla

the different transducer.

cu un alt traductor.

This is just actually the first one that we tried.

Acesta e primul pe care l-am încercat.

I just wanted to say something about the standard method.

Voiam să vă spun ceva despre metoda standard.

When this first came out, it was just a really

Când a ieșit pe piață a fost un lucru nemaipomenit,

exciting thing, the idea that you

ideea că puteai face

even make a blind retina respond at all.

o retină oarbă să răspundă cât de cât.

But there was this limiting factor,

Dar exista un factor limită:

the issue of the code, and how to make

emiterea codului

the cells respond better,

și inducerea celulelor de-a răspunde mai bine,

produce normal responses,

de-a produce răspunsuri normale.

and so this was our contribution.

Asta a fost contribuția noastră.

Now I just want to wrap up,

Acum aș vrea să fac un sumar.

and as I was mentioning earlier

Așa cum am menționat mai devreme,

of course I have a lot of other data

am desigur multe alte date dacă sunteți interesați,

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

dar am vrut să transmit

this sort of basic idea

această idee de bază

of being able to communicate

a posibilității de-a comunica

with the brain in its language, and

cu creierul în limba lui

the potential power of being able to do that.

și potențiala putere de-a face asta.

So it's different from the motor prosthetics

În concluzie, e diferită de alte proteze motorii

where you're communicating from the brain

unde comunici de la creier cu un dispozitiv.

to a device. Here we have to communicate

Aici trebuie să comunicăm

from the outside world

dinspre lumea exterioară

into the brain and be understood,

înspre creier și să fim înțeleși,

and be understood by the brain.

să fim înțeleși de creier.

And then the last thing I wanted

Ultimul lucru pe care doream să-l spun,

to say, really, is to emphasize

țin să subliniez faptul

that the idea generalizes.

că ideea poate fi generalizată.

So the same strategy that we used

Aceeași strategie pe care am folosit-o

to find the code for the retina we can also

să găsim codul pentru retină o putem folosi

use to find the code for other areas,

să găsim codul pentru alte zone,

for example, the auditory system and

de ex. sistemul audtitiv, sistemul motor,

the motor system, so for treating deafness

adică pentru tratarea surdității

and for motor disorders.

și bolilor motorii.

So just the same way that we were able to

În același mod în care am putut sări

jump over the damaged

peste circuitele defecte din retină

circuitry in the retina to get to the retina's

pentru a ajunge la celulele output din retină

output cells, we can jump over the

putem sări și peste

damaged circuitry in the cochlea

circuite nefuncționale din cohlee

to get the auditory nerve,

pentru a ajunge la nervul auditiv,

or jump over damaged areas in the cortex,

ori peste zone afectate din cortex,

in the motor cortex, to bridge the gap

din cortexul motor, pentru a înlocui

produced by a stroke.

conexiunile distruse de un atac cerebral.

I just want to end with a simple

Doresc să închei cu un simplu mesaj

message that understanding the code

că înțelegerea codului

is really, really important, and if we

este foarte, foarte importantă.

can understand the code,

Și dacă înțelegem codul, limbajul creierului,

the language of the brain, things become

lucruri care nu păreau posibile

possible that didn't seem obviously

devin posibile acum.

possible before. Thank you.

Mulțumesc.

(Applause)

(Aplauze)