Jens Naumann avea 17 ani când un accident a trimis un fragment de metal de pe o linie de cale ferată în ochiul său stâng. Trei ani mai târziu, o așchie de metal de la un ambreiaj de snowmobil i-a distrus ochiul drept, aruncându-l în întuneric total. Cartea lui Naumann, Search for Paradise (Căutarea paradisului), relatează căutarea disperată a lui Naumann pentru a reveni la lumină, în primul rând ca „pacient alfa” al inginerului biomedical William Dobelle. În anii ’70, Dobelle demonstrase că stimularea electrică a zonelor vizuale ale creierului (cortexul vizual) îi determină pe oameni să perceapă pete de lumină, sau „fosfene.”

Obiectivul inginerului era să dezvolte un „ochi bionic”. Aparatul ar consta dintr-o cameră montată pe cap care alimentează video un procesor de calculator, care ar trimite apoi semnale electrice către electrozi implantați în cortexul vizual, generând percepții vizuale. Naumann a devenit cel mai faimos pacient al lui Dobelle după ce a călătorit în Portugalia pentru o intervenție chirurgicală în 2002; FDA interzisese procedura în SUA, considerând că nu s-a dovedit a fi sigură. Relatările sale anecdotice despre perceperea unor contururi rudimentare au rămas singurele dovezi pe care le aveau cercetătorii că percepția formelor era posibilă cu ajutorul unui astfel de dispozitiv, deoarece datele obținute în urma acestor proceduri nu au fost niciodată publicate. Dispozitivul s-a degradat după câteva luni, iar lumea vizuală nou descoperită de Naumann a dispărut, dar el a continuat să militeze de-a lungul anilor pentru a face să avanseze tehnologia.

O versiune mai sofisticată care apropie tehnologia de utilizarea practică de rutină la oameni a fost acum construită și testată pe maimuțe. O echipă condusă de neurologul Pieter Roelfsema, de la Netherlands Institute for Neuroscience, a demonstrat percepția poziției, orientării, mișcării și a formei literelor, la două maimuțe văzătoare. Studiul, publicat la 3 decembrie în revista Science, „este un tur de forță tehnic”, spune neurochirurgul Daniel Yoshor, care nu a fost implicat, dar a co-scris un comentariu de însoțire. Dispozitivul trebuie dezvoltat în continuare înainte de a fi gata pentru a fi utilizat la oameni, dar lucrarea aduce mai aproape visul de a reda vederea persoanelor care nu o au. Abordarea este singurul tratament posibil pentru persoanele care nu au celule funcționale în ochi – un grup care include unii pacienți cu glaucom și diabet și cei care au suferit o traumă fizică.

În noul studiu, echipa a folosit 16 matrici, fiecare o grilă de 64 de electrozi, pentru un total de 1024 de electrozi. „Am placat o fracțiune mare din suprafața cortexului, creând astfel o interfață cu o fracțiune mare din această hartă a spațiului vizual”, spune Roelfsema. Cortexul vizual are o proprietate cunoscută sub numele de „retinotopie”, ceea ce înseamnă că spațiul vizual se mapează fizic pe zone ale cortexului, permițând cercetătorilor să genereze fosfene în puncte specifice din spațiu. O serie de experimente au arătat că maimuțele puteau identifica poziția fosfenelor individuale, orientarea liniilor formate din două fosfene și direcția de mișcare implicată de stimularea a două fosfene în mod secvențial. În cele din urmă, maimuțele care fuseseră antrenate să recunoască litere păreau să fie capabile să identifice litere generate de între opt și 15 fosfene. Fosfenele au fost generate fără a folosi camere de luat vederi prin stimularea directă a electrozilor, iar maimuțele au indicat răspunsurile folosind mișcări ale ochilor.

Alte grupuri lucrează la aceeași problemă, iar unul dintre ele testează deja dispozitive pe oameni. O companie californiană, Second Sight, dezvoltă un sistem numit Orion la șase persoane nevăzătoare în cadrul unui studiu clinic aprobat de FDA. La fel ca sistemul lui Dobelle, Orion folosește electrozi care se așează pe suprafața creierului, care evită deteriorarea țesuturilor și inflamația care apare atunci când se folosesc implanturi „penetrante”, ceea ce duce la o pierdere de performanță în timp. Un dezavantaj al acestei metode este faptul că curenții necesari sunt relativ mari, ceea ce limitează numărul de electrozi care pot fi utilizați în siguranță. „Nu vreți să induceți epilepsie”, spune Roelfsema. Noul studiu al grupului olandez a folosit electrozi penetranți, care necesită mai puțin curent. „Am folosit ace subțiri, astfel încât putem activa doar câteva celule, cu curenți relativ blânzi, de o sută de ori mai mici decât ai nevoie cu un electrod de suprafață”, spune Roelfsema. Cel mai semnificativ, noul dispozitiv are o rezoluție mult mai mare. În timp ce noul sistem are 1.024 de electrozi, implantul Orion are 60, limitând beneficiarii la detectarea zonelor de întuneric și lumină.

Viziunea pe care acest dispozitiv ar putea-o genera ar fi rudimentară în comparație cu bogăția vederii naturale, dar ar oferi totuși un beneficiu substanțial. „Când pornești de la nimic, 10, 20 la sută este o schimbare de joc”, spune Neena Haider de la Harvard Medical School, care nu a fost implicată în lucrare. „Îți oferă o fereastră pentru a ști cum să navighezi în lume”. Dar rămân obstacole înainte ca această tehnologie să vadă utilizarea umană. În primul rând, implanturile trebuie să fie fără fir – și alte grupuri fac eforturi pentru a dezvolta implanturi cerebrale fără fir. Următorii pași trebuie, de asemenea, să măsoare consecințele fiziologice ale implanturilor penetrante, spune Haider. „Ce răspunsuri celulare se întâmplă în creier?”, se întreabă ea, în ceea ce privește atât efectele acute, cât și cele pe termen lung. „Biocompatibilitatea” rămâne o problemă, dar soluțiile ar putea fi la îndemână. „Lucrăm cu grupuri care dezvoltă electrozi subțiri și flexibili”, împinși în creier cu ajutorul unor tije care sunt apoi retractate, spune Roelfsema. „Primele impresii sunt că aceste noi materiale sunt foarte stabile, dar mai este încă mult de lucru.”

Înțelegerea mai bună a modului în care creierul procesează informațiile vizuale va fi, de asemenea, de ajutor. „Există o provocare hardware și o provocare software”, spune Yoshor. „Uneori, oamenii neglijează elementul software, care este modul în care stimulăm creierul.” Yoshor este unul dintre cei doi neurochirurgi care au implantat Orion la pacienți, iar el și colegii săi au publicat recent un studiu care explorează capacitățile sale. „Este ușor să îi faci pe pacienți să vadă pete”, spune Yoshor. „Dar când încercăm să le combinăm, cum ar fi luminile de stadion, este mult mai greu să-i facem pe pacienți să perceapă o formă coerentă.” Echipa de cercetare s-a întrebat dacă exploatarea înclinației creierului de a detecta schimbările de stimulare ar putea ajuta. „Dacă am stimulat șase electrozi simultan, pacienții au văzut pete incoerente”, spune Yoshor. „Dar când am măturat creierul, pacienții au fost imediat capabili să detecteze forme vizuale sau litere.”

Procesarea efectuată de sistemul vizual este incredibil de complexă, dar o înțelegere mai profundă a acestei procesări, împreună cu tehnologii de stimulare mai sofisticate, vor continua să avanseze aceste dispozitive. Yoshor compară problema cu cea a interpretării muzicii. „Este ca diferența dintre a cânta un acord și a lovi un pian cu pumnii”, spune el. „Dacă introduceți informații în mod grosolan, produceți o cacofonie; trebuie să se facă într-un mod care să fie muzical.”

.