Visión artificial impulsada por IA para prótesis visuales

Los investigadores realizarán estudios experimentales básicos en humanos (BESH) diseñados para cuantificar las experiencias perceptivas de pacientes con prótesis corticales y de retina. Estos experimentos seguirán procedimientos estándar para recopilar datos de comportamiento e involucrarán tareas de percepción simples (p. ej., detección de señales, reconocimiento de objetos) y tareas de comportamiento (p. ej., caminar hacia una ubicación objetivo).

Los investigadores producirán percepciones visuales en pacientes con CORTIVIS y Argus II, ya sea estimulando directamente electrodos (utilizando trenes de impulsos aprobados por la FDA) o pidiéndoles que vean una pantalla de computadora o proyector y utilizando protocolos de estimulación estándar (como se utiliza habitualmente para sus dispositivos ) para convertir la imagen de la pantalla de la computadora o del proyector en trenes de pulsos en sus electrodos. Informados por datos psicofísicos y modelos computacionales, los investigadores probarán la capacidad de diferentes métodos de codificación de estímulos para respaldar tareas perceptuales y conductuales simples (p. ej., reconocimiento de objetos, navegación). Estos métodos de codificación pueden incluir visión por computadora y métodos de aprendizaje automático para resaltar objetos importantes en la escena o para resaltar obstáculos cercanos y pueden adaptarse a cada paciente individual. El rendimiento de los pacientes con prótesis se comparará tanto a través de métodos de codificación de estímulos como con el rendimiento en sujetos de control con visión normal que ven estímulos manipulados para que coincidan con la experiencia perceptiva esperada de los pacientes con prótesis.

El método normal de estimulación es una cadena desde una cámara montada en anteojos a través de una unidad de procesamiento de video (VPU) que convierte la imagen de video en trenes de pulsos electrónicos aprobados por la FDA. A veces, los investigadores probarán a los sujetos usando la cámara. Más a menudo, los investigadores llevarán a cabo una "estimulación directa" cuando utilicen una computadora externa para especificar directamente trenes de pulsos (p. ej., para Argus II, un tren de pulsos catódicos de 1 s y 10 Hz, con una amplitud de corriente de 100 microAmperios y un ancho de pulso de 45 microsegundos al electrodo 12). Estos trenes de impulsos directos luego se envían a la VPU. Esta VPU contiene software que garantiza que estos trenes de impulsos estén dentro de los límites de seguridad aprobados por la FDA. Por ejemplo, estos pulsos deben tener carga equilibrada (igual carga anódica/catódica) y deben tener una densidad de carga inferior a 35 microCoulombs/cm2. A veces, los investigadores probarán a los sujetos usando la cámara. A veces, los investigadores enviarán pulsos directamente a la VPU especificando directamente trenes de pulsos (p. ej., enviarán un tren de pulsos catódicos de 1 s y 10 Hz, con una amplitud de corriente de 100 microAmperios y un ancho de pulso de 45 microAmperios al Electrodo 12 de un implante Argus II ).

Los parámetros importantes para la seguridad incluyen a) los pulsos deben tener una carga equilibrada (un pulso anódico debe ser seguido rápidamente por un pulso catódico y viceversa o el electrodo se disolverá), b) la densidad de carga debe ser limitada. La frecuencia del tren de impulsos y la amplitud de corriente del tren de impulsos no son en realidad una cuestión de seguridad crítica, ya que la interfaz electrónica/neural es resistente a tasas de estimulación extremadamente altas y niveles de corriente elevados. Sin embargo, los trenes de impulsos de alta frecuencia o los trenes de impulsos de alta amplitud pueden producir molestias en los pacientes (análogas a pasar de un cine oscuro a la luz del sol) debido a la inducción de disparos neuronales a gran escala. Los investigadores normalmente se centrarán en las frecuencias/amplitudes del tren de pulsos que se encuentran en el rango normal utilizado por el paciente cuando usa su dispositivo. Si los investigadores utilizan parámetros que se podría esperar que produzcan una respuesta neuronal más intensa (y, por lo tanto, tienen el potencial de causar malestar), siempre los introducirán en una función paso a paso (p. ej. aumentando gradualmente la amplitud) mientras verifica que la sensación no sea "incómodamente brillante", y los investigadores disminuirán inmediatamente la intensidad de la estimulación si los pacientes informan que la sensación se aproxima a la incomodidad. El IP tiene experiencia en este enfoque y capacitará a todo el personal sobre estos protocolos.

En respuesta a la estimulación/imagen en el monitor, se pedirá a los sujetos que hagan un juicio perceptivo o realicen una tarea conductual simple. Los ejemplos incluyen detectar un estímulo ("vio una luz en esa prueba"), informar el tamaño dibujando en una pantalla táctil o caminar hasta una ubicación objetivo. Se registrarán tanto la respuesta del paciente como el tiempo de reacción.

Ninguno de estos estímulos provocará respuestas emocionales ni será aversivo de ninguna manera.

En algunos casos, los investigadores también recopilarán datos que midan la posición de los ojos de los sujetos. Este es un procedimiento no invasivo que se llevará a cabo utilizando un equipo estándar de seguimiento ocular a través de una cámara infrarroja que rastrea la posición de la pupila de los sujetos. Solo se registrarán mediciones como la posición de los ojos o el parpadeo, por lo que estos datos no contienen información identificable.

Se anima a los sujetos a tomar descansos con la frecuencia necesaria (pueden abandonar la sala de pruebas). Los investigadores utilizan varias técnicas experimentales que incluyen: (1) Mismo-diferente, p. A los sujetos se les muestran dos perceptos y se les pregunta si son iguales o diferentes. (2) Método de ajuste - p.e. Se pide a los sujetos que ajusten la intensidad de la visualización/estimulación hasta que la percepción sea apenas visible, (3) elección forzada de 2 alternativas, p. A los sujetos se les presentarán dos estímulos y se les preguntará cuál de los dos estímulos es más brillante (4) Identificación: se les pide a los sujetos que identifiquen qué letra se presentó.

En algunos casos, además de medir la precisión, los investigadores también medirán la mejora con la práctica repitiendo la misma tarea en varias sesiones (hasta 5 sesiones, cada una realizada en diferentes días de prueba).