Ojos biónicos

A medio camino entre realidad y ficción, un ojo biónico supone un concepto fácil de entender: sustituir nuestro órgano natural para la visión por su versión artificial. Hasta cierto punto, esto ya es una realidad y se trata de una idea que no le vemos grandes complicaciones. Al fin y al cabo, la tecnología es capaz de crear imágenes artificiales desde hace tiempo: las cámaras de vídeo. ¿Por qué no conectar una cámara a nuestro cerebro?. Además tenemos la experiencia del implante coclear, que sería el mismo concepto para el sentido del oído. Estos implantes cocleares, los oídos biónicos, se llevan utilizando desde hace muchas décadas con resultados bastante satisfactorios. ¿Por qué no vamos a poder hacer lo mismo con el ojo?

Hay principalmente dos tipos de personas interesadas en visión artificial:

  • Aquellos afectados de baja visión y ceguera. Cuando no hay un método para restablecer la visión de unos ojos enfermos, la gran esperanza de miles y miles de invidentes es recuperar la visión mediante un implante artificial.
  • Aquellos que no buscan restablecer su salud visual, sino que sueñan con una especie de “supervisión” o “visión aumentada” gracias a la tecnología. Hemos creado cámaras de vídeo que superan con muchos aspectos los límites físicos y biológicos del ojo humano: capacidad de hacer “zoom”, mayor campo de visión, mayor resolución, más sensibilidad luminosa (ideal para entornos oscuros), visión fuera del espectro visible (infrarrojo, ultravioleta; aquí a más de uno le vendrá a la memoria películas como Predator). ¿Por qué no poder conectar esas cámaras directamente a nuestro cuerpo, sin necesidad de utilizar el ojo?

Lo que no es visión artificial

Ayudas artificiales a la visión hay muchas, pero no todas entran en el concepto de “ojo artificial” u “ojo biónico”. Unas gafas o unas lentes de contacto no dejan de ser prótesis artificiales que usamos para ver. Pero entendemos que son ayudas ópticas, que mejoran la imagen para que nuestro ojo “natural” siga viendo. Más próximo al concepto están las lentes intraoculares, precisamente porque son prótesis internas y ya estamos modificando anatómica y funcionalmente nuestro sistema visual, pero el principio es el mismo: estamos mejorando la calidad óptica de la imagen que llega en la retina.

Está bastante consensuado que para que comencemos hablar de “visión artificial” tenemos que modificar el sistema visual a partir de que la señal luminosa es transformada en señales nerviosas: es decir, desde la retina hasta el cerebro. Lo que ocurre “antes” de la retina queda fuera de la definición. Así, sistemas de adaptación a baja visión como prótesis telescópicas intraoculares no entran en este concepto.

El concepto más fácil: decepcionante

La aproximación más intuitiva y fácil que podemos hacer de un ojo biónico consiste en sustituir todo el ojo por una cámara artificial y empalmar la salida de información de esta cámara con el nervio óptico. Al fin y al cabo, el esquema simple que tiene mucha gente del sistema visual es que los ojos hacen de cámara de vídeo, la información viaja por un cable que es el nervio óptico hasta que llega al cerebro. Este esquema es totalmente falso como veremos más adelante, pero las dificultades que encuentra esta línea de investigación no van por ahí. Lo complicado es “empalmar” el nervio óptico con un sistema artificial de electrodos. El nervio contiene más de un millón de fibras nerviosas, microscópicas, que se corresponden con las diferentes zonas de la retina y por tanto con las distintas áreas del campo de visión. No existe la tecnología (ni se prevee que exista a corto plazo) que nos permita encontrar una buena correspondencia en una sección tan reducida.

Por lo tanto, aunque se han realizado investigaciones y experimentos en este sentido, y hay implantes reales ya realizados, las líneas más prometedoras y las que ya están dando resultados prácticos no van por aquí.

Prótesis en la retina

Esta funciona mejor. Está pensado para personas con enfermedades adquiridas de la retina (retinosis pigmentaria, degeneración macular asociada a la edad, etc) pero el resto del sistema visual está bien. Se trata de sustituir en cierta medida la función de los fotorreceptores, poniendo un pequeño implante, una “placa” con capacidad de estimular las neuronas de la retina mediante pequeñas descargas eléctricas. Necesitamos por lo tanto que la retina sea viable y que la enfermedad afecte principalmente a los fotorreceptores. Es necesaria una cirugía para implantar este sistema en la retina (actualmente se pone más por detrás de ella). Antes el implante retiniano recibía la imagen desde una cámara exterior, hoy por hoy parece que da mejor resultado el que sea la propia placa la que haga de receptora de luz y transmisora de estímulos.

Así, en los primeros dispositivos necesitábamos una cámara adaptada a unas gafas, y luego esa información se transmitía al implante retiniano, que a su vez la transformaba en impulsos eléctricos para la retina.

Aunque esta línea de investigación no está cerrada ni mucho menos, parece que los resultados son mejores con los sistemas en las que la propia placa estimuladora es también la receptora de luz.

Los resultados de estos implantes retinianos son bastante buenos. No es que den una imagen de gran calidad, pero puede restaurar una visión bastante aceptable en personas funcionalmente ciegas. Las limitaciones de estos sistemas son varias:

  • Como decíamos al principio, nos limitamos a enfermedades de retina, concretamente a las que afectan a los fotorreceptores. El resto del sistema visual tiene que funcionar bien.
  • Los implantes actualmente no se aplican a toda la retina, sino a una pequeña área central.
  • Hay límites reales a la calidad de imagen. Los fotorreceptores de una retina central sana están muy próximos entre sí, con pocas micras de separación. Esta alta densidad nos da la alta definición de imagen que tiene un ojo sano. Todavía no se realizan implantes con una densidad tan alta de receptores de luz. Además los fotorreceptores retinianos, principalmente conos, tienen una organización compleja y una interrelación entre ellos a través de las neuronas de la retina, de tal forma que se establecen patrones de contraste, de perfiles de silueta y de colores; toda esa organización se pierde al realizan estímulos eléctrico hasta cierto punto “burdos” y “a bulto”. Por lo tanto, la calidad de imagen mediante estas retinas artificiales siempre distará mucho en calidad de la de un ojo sano hasta que no aprendamos a realizar auténticas conexiones entre un sistema artificial y una neurona.

Implantes cerebrales

Numerosas enfermedades causantes de ceguera quedan fuera de las posibilidades de la prótesis retiniana. Al fin y al cabo, esta retina artificial sólo sustituye un elemento concreto y pequeño de la vía visual, los fotorreceptores. Necesitamos que el resto del sistema de visión esté operativo. Pero si somos capaces de “puentear” la práctica totalidad de el sistema visual y llevar las imágenes directamente al cerebro, se abren innumerables posibilidades a muchos más invidentes que están buscando solución. La corteza visual primaria, que es la parte del cerebro donde llega la información visual procedente de los ojos, tiene una organización espacial correspondiente a nuestro campo de visión. Es decir: conocemos relativamente bien las zonas de la corteza cerebral que corresponden a las diferentes áreas del campo de visión.

La superficie de la corteza visual primaria es mucho más grande que la sección del nervio óptico, por lo que aquí es viable colocar los electrodos en zonas correspondientes de visión. Se necesita un una cirugía que coloca el implante en las meninges (entre el hueso y el cerebro), y los electrodos de la placa se “clavan” en la corteza del cerebro a modo de agujas, para poder estimularlo. Se trata de una cirugía de cierta envergadura, como es fácil de suponer.

El implante recibe información de forma inalámbrica desde una cámara exterior, habitualmente colocada en unas gafas.

Las ventajas son claras: este sistema de visión artificial se podría utilizar en la práctica totalidad de cegueras adquiridas, independientemente de la causa. Y los resultados, son hasta cierto punto, aceptables. La información visual es bastante grosera, pero en casos de ceguera total, las impresiones visuales simples obtenidas con este sistema, con el tiempo (el cerebro tiene que “reaprender a ver” de esta manera) permite al paciente disminuir el grado de dependencia.

Limitaciones:

  • Como explicábamos al hablar de la prótesis en la retina, nuestra capacidad de enlazar sistemas neuronales con circuitos es muy limitada. La organización de la corteza visual del cerebro es incluso más compleja que la retiniana, con lo cual clavar un electrodo en la zona sin capacidad de discriminar las distintas capas, redes y sistemas visuales no va a producir una imagen para nada comparable a la natural. Vamos a obtener algo así como “destellos de luz”. Lo que pasa es que las cortezas visuales secundarias y de asociación tienen una enorme plasticidad para procesar la imagen, y con estos estímulos tan pobres son capaces de realizar una composición tridimensional del entorno que puede resultar enormemente satisfactoria para el invidente.
  • Antes hablaba que este dispositivo puede ser aplicable a cegueras adquiridas. Eso significa que el paciente en la infancia desarrolló la visión y por tanto unos circuitos competentes y complejos en la corteza visual, que le permitirán aprender y adaptarse a esta forma de visión artificial. Las enfermedades de nacimiento que producen mala visión y ceguera impiden que los circuitos visuales en el cerebro se desarrollen adecuadamente, por lo que habría una limitación teórica para aplicar esta tecnología. Futuras investigaciones nos aportarán más información al respecto.
  • Para los que se imaginan estos dispositivos, no para restaurar una ceguera sino para obtener una especie de “visión aumentada”, me temo que todavía es pura ficción, y creo que lo seguirá siendo durante bastante tiempo. Aunque podamos afinar enormemente en el enlace entre sistemas artificiales y neuronales, aunque desarrollemos una tecnología que nos permita individualizar la conexión directamente a una neurona individual, hay un problema de concepto fundamental. Como expliqué en un artículo antiguo y mencionaba al principio de este post, los ojos no son cámaras que manden “información pixelada” al cerebro. Existen redes neuronales complejas que están procesando la información desde el propio ojo, donde se establecen contrastes, líneas, perfiles, pautas de movimiento, colores, etc. Así, la información ya está medio procesada cuando llega al cerebro. Las cámaras sólo dan información de puntos, y eso es lo que podemos llevar al cerebro. Por lo tanto, cualquier sistema artificial que pretenda darnos cierto grado de “visión aumentada” o “supervisión” tiene que contar con la participación de la retina natural; cualquier otra cosa supone peor calidad que la visión normal.

4 Comments

  1. Araceli
    31 agosto, 2012

    Hola, es muy interesante el tema de “ojo biónico”,
    cual es la fuente del artículo de arriba? o en que revista ha sido publicado?
    es un tema el cual me interesa mucho, dado que mi tesis va enfocada a analizar la visión.

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  2. Araceli
    3 septiembre, 2012

    Hola, es de mi interes estas investigaciones acerca de la ayuda a las personas invidentes con apoyo de la tecnología, el artículo no tiene referencias,
    espero puedan compartirme la bibliografía, gracias.

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    1. Ocularis
      9 septiembre, 2012

      Ese post es de hace más de un año, a raíz de unas ponencias de un congreso y varios artículos que leí después. No es un artículo único, hay bastante publicado en el tema, porque hay diferentes líneas de investigación de acuerdo a las diferentes estrategias de visión artificial que se están desarrollando. No tengo apuntadas referencias porque el artículo no es un resumen o transcripción de un artículo concreto; en información muy general y básica que se puede encontrar fácilmente buscando en PubMed.

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  3. Fabian
    21 febrero, 2016

    La teoría del empalme supone la construcción de nanoconductores y eso no parece tan lejano.

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