Restauración y rehabilitación de información visual a través de tecnología de sustitución sensorial en niños

Objetivo:

Nuestro objetivo es determinar si las mejoras funcionales observadas en sujetos ciegos que utilizan BrainPort se pueden realizar en una cohorte pediátrica.

Objetivos específicos:

El objetivo de esta propuesta es evaluar una prótesis visual no quirúrgica (dispositivo de visión BrainPort) que permite a los invidentes apreciar su entorno inmediato y determinar la forma en que el cerebro interpreta la información. Nuestro objetivo principal es determinar si el dispositivo se puede utilizar en una población pediátrica midiendo la mejora de los sujetos con respecto al valor inicial en cualquiera de las siguientes áreas: detección de luz, localización de luz, percepción del movimiento y tareas estandarizadas de reconocimiento de objetos después del uso de BrainPort. .

Como segundo objetivo, los investigadores utilizarán una sesión de resonancia magnética multimodal para estudiar la base neurofisiológica de la sustitución sensorial en los niños. Bajo este objetivo, los investigadores perseguirán dos objetivos principales. Primero, los investigadores correlacionarán los datos de comportamiento con los datos de imágenes para detectar regiones del cerebro donde la estructura y/o función están asociadas con el uso exitoso de dispositivos de sustitución sensorial. En segundo lugar, los investigadores utilizarán estos datos junto con datos de adultos recopilados previamente para modelar los efectos de la experiencia visual previa en la plasticidad de la corteza visual debido a la ceguera.

Fondo:

El dispositivo de visión BrainPort es una prótesis visual diseñada para personas ciegas. Permite la percepción de información visual usando la lengua y el sistema de cámara como un sustituto emparejado del ojo. La información visual se recopila de una cámara de video y se traduce en suaves patrones de estimulación eléctrica en la superficie de la lengua. Con entrenamiento, los usuarios perciben la forma, el tamaño, la ubicación y el movimiento de los objetos en su entorno. Es un dispositivo funcional, no quirúrgico, desarrollado para demostrar que es una ayuda para las personas con discapacidad visual.

Los sistemas sensoriales táctiles han demostrado ser capaces de llevar información al cerebro que generalmente se adquiere visualmente. El braille y el bastón largo han brindado dicha información a las personas ciegas durante décadas, y en la década de 1960 se demostró claramente que las entradas táctiles podían brindar acceso a la impresión escrita1 ya las imágenes visuales2. La principal limitación para el desarrollo de la sustitución de la visión práctica ha sido la insuficiencia de las interfaces cerebro-máquina. Hace treinta y cinco años, Paul Bach-y-Rita, MD, escribió: "Que un sistema de sustitución sensorial exitoso no esté actualmente en uso puede no deberse a capacidades funcionales limitadas del cerebro; puede deberse al hecho de que un sistema de receptor artificial aún no se ha construido para desafiar las capacidades adaptativas del cerebro humano"3.

Dispositivo de visión BrainPort Desde 1998, Wicab se ha centrado en la investigación de ingeniería biomédica y el desarrollo de dispositivos comerciales basados ​​en su tecnología patentada BrainPort®4. El dispositivo de visión BrainPort es una prótesis visual diseñada para personas ciegas.

Numerosos estudios previos apoyan el uso de la lengua como canal de sustitución sensorial2,3,5-8. Nuestras investigaciones y las de otros han revelado que el cerebro puede interpretar correctamente la información de un dispositivo de sustitución sensorial, incluso cuando la información no se presenta en la misma vía que el sistema sensorial natural. Por ejemplo, la imagen óptica que realmente recibe el ojo no viaja más allá de la retina, que convierte la imagen en patrones espacio-temporales de potenciales de acción a lo largo de las fibras del nervio óptico. Al analizar estos patrones de impulso, el cerebro recrea la imagen. Estos impulsos no son exclusivos de la visión. De hecho, todos los sistemas sensoriales codifican la información usando el mismo 'lenguaje': los potenciales de acción neuronal. Utilizando el ejemplo de la visión como paradigma, la sustitución sensorial solo requiere que los potenciales de acción se entrenen con precisión en el canal de información sensorial alternativo. Con el entrenamiento, el cerebro puede aprender a interpretar adecuadamente la información del canal alternativo y luego procesar esa información como lo haría con los datos del sentido natural intacto. Por lo tanto, esta tecnología beneficia a los usuarios al estimular la lengua con información utilizable sobre su entorno, que algunos usuarios han descrito como similar a la visión.

Aunque la tecnología BrainPort estimula la lengua a través del conjunto de electrodos, la estimulación no es dolorosa en absoluto; un dispositivo BrainPort emite solo 11,85 µJ por pulso (límite reglamentario para dispositivos de estimulación eléctrica cutánea: 300 mJ). De hecho, los usuarios a menudo informan que la sensación es como burbujas de champán efervescentes en la lengua. Los participantes que utilizan dispositivos BrainPort, ya sea durante varias horas al día durante unas pocas semanas o durante 20 minutos al día durante un máximo de un año, no informan molestias.

Se ha hecho poco trabajo usando imágenes para estudiar a niños ciegos. Werth y Seelos utilizaron IRMf para medir la actividad evocada en la corteza visual de los niños como prueba de la mejora de la función visual después del entrenamiento de campo (Neurpsychologica. 2005. 43(14): 2011). Sin embargo, hasta donde sabemos, no se han realizado imágenes de niños ciegos para evaluar la plasticidad de la corteza visual a una edad tan temprana. A corto plazo, la obtención de imágenes de estos sujetos puede mejorar nuestra capacidad para detectar pacientes que se beneficiarían de los dispositivos de sustitución sensorial, así como para evaluar paradigmas de entrenamiento. A largo plazo, comprender la plasticidad debida a la privación visual será importante no solo para la sustitución sensorial, sino también para todas las estrategias de restauración de la visión con el fin de identificar sujetos que aún sean capaces de procesar información visual. Mientras los investigadores intentan modelar los efectos de la experiencia visual previa sobre la plasticidad en la corteza visual después de la ceguera, los niños representan una porción única y esencial de la muestra para separar los efectos relativos de la duración de la ceguera y la adquisición temprana versus tardía.

El dispositivo BrainPort ha sido aprobado por la FDA desde junio de 2015.

Significado:

El dispositivo de visión BrainPort es una prótesis visual diseñada para personas ciegas. Permite la percepción de información visual usando la lengua y el sistema de cámara como un sustituto emparejado del ojo. La información visual se recopila de una cámara de video y se traduce en suaves patrones de estimulación eléctrica en la superficie de la lengua. Con el entrenamiento, los usuarios perciben la forma, el tamaño, la ubicación y el movimiento de los objetos en su entorno. Es un dispositivo funcional, no quirúrgico, desarrollado para demostrar que es una ayuda para las personas con discapacidad visual. El dispositivo de visión BrainPort es la única tecnología nueva que probablemente esté disponible a corto plazo para abordar los problemas de seguridad y movilidad que resultan de la ceguera.

Nuestros resultados han demostrado que el uso de BrainPort da como resultado mejoras en el comportamiento, así como la activación en regiones corticales visuales mediante resonancia magnética funcional y tomografías por emisión de positrones (PET) en adultos. Un ensayo que busca determinar si las habilidades funcionales también se pueden mejorar en una cohorte pediátrica se justifica por las siguientes razones:

1. La neuroplasticidad es más alta en la infancia, y es probable que el cerebro privado de la vista sea más receptivo a la estimulación sensorial alternativa en este grupo de edad.
2. El BrainPort no es invasivo.
3. Además de la terapia génica para la amaurosis congénita de Leber, no existen alternativas para restaurar la visión de los niños ciegos en este momento.
4. El BrainPort ya cuenta con la aprobación de la marca CE y está pendiente de la aprobación de la FDA (documentos finales del estudio de seguridad presentados a la FDA en agosto de 2013) y debería estar disponible para su compra en 2014, al menos en Europa y Canadá. Si el dispositivo podría ser útil en una población pediátrica es una pregunta clínica importante.
5. La relación entre el beneficio anticipado y el riesgo que presenta el estudio es al menos tan favorable para los sujetos como la proporcionada por los enfoques alternativos disponibles (entrenamiento a ciegas).