Visão artificial alimentada por IA para próteses visuais

Os investigadores realizarão estudos experimentais básicos envolvendo humanos (BESH) projetados para quantificar as experiências perceptivas de pacientes com próteses retinais e corticais. Esses experimentos seguirão procedimentos padrão para coleta de dados comportamentais e envolverão tarefas perceptivas simples (por exemplo, detecção de sinal, reconhecimento de objetos) e tarefas comportamentais (por exemplo, caminhar em direção a um local de destino).

Os investigadores produzirão percepções visuais em pacientes CORTIVIS e Argus II estimulando diretamente eletrodos (usando trens de pulso aprovados pela FDA) ou pedindo-lhes que vejam uma tela de computador ou projetor e usando protocolos de estimulação padrão (como é padrão usado para seus dispositivos ) para converter a imagem da tela do computador ou do projetor em trens de pulso em seus eletrodos. Informados por dados psicofísicos e modelos computacionais, os investigadores testarão a capacidade de diferentes métodos de codificação de estímulos para apoiar tarefas perceptivas e comportamentais simples (por exemplo, reconhecimento de objetos, navegação). Esses métodos de codificação podem incluir visão computacional e métodos de aprendizado de máquina para destacar objetos importantes na cena ou para destacar obstáculos próximos e podem ser adaptados para cada paciente individual. O desempenho dos pacientes com próteses será comparado entre métodos de codificação de estímulos e com o desempenho em indivíduos de controle com visão normal visualizando estímulos manipulados para corresponder à experiência perceptiva esperada dos pacientes com próteses.

O método normal de estimulação é uma cadeia de uma câmera montada em óculos através de uma unidade de processamento de vídeo (VPU) que converte a imagem de vídeo em trens de pulso eletrônicos aprovados pela FDA. Às vezes, os investigadores testam os participantes usando a câmera. Mais frequentemente, os investigadores realizarão 'estimulação direta' ao usar um computador externo para especificar diretamente trens de pulso (por exemplo, para Argus II, um trem de pulso catódico de 1s 10 Hz, com amplitude de corrente de 100 microAmps e largura de pulso de 45 microssegundos para o eletrodo 12). Esses trens de pulsos diretos são então enviados para a VPU. Esta VPU contém software que garante que esses trens de pulso estejam dentro dos limites de segurança aprovados pela FDA. Por exemplo, esses pulsos devem ter carga balanceada (carga anódica/catódica igual) e devem ter uma densidade de carga inferior a 35 microCoulombs/cm2. Às vezes, os investigadores testam os participantes usando a câmera. Às vezes, os investigadores enviarão pulsos diretamente para a VPU especificando diretamente trens de pulso (por exemplo, enviar um trem de pulso catódico de 1 s 10 Hz, com uma amplitude de corrente de 100 microAmps e uma largura de pulso de 45 microAmps para o eletrodo 12 de um implante Argus II ).

Parâmetros importantes para segurança incluem a) os pulsos devem ter carga balanceada (um pulso anódico deve ser seguido rapidamente por um pulso catódico e vice-versa ou o eletrodo se dissolverá), b) a densidade de carga deve ser limitada. A frequência do trem de pulsos e a amplitude da corrente do trem de pulsos não são, na verdade, uma questão crítica de segurança, uma vez que a interface eletrônica/neural é robusta para taxas extremamente altas de estimulação e altos níveis de corrente. No entanto, trens de pulsos de alta frequência ou trens de pulsos de alta amplitude podem produzir desconforto nos pacientes (análogo a ir de um cinema escuro para a luz solar) devido à indução de disparos neuronais em grande escala. Os investigadores normalmente se concentrarão nas frequências/amplitudes do trem de pulso que estão na faixa normal usada pelo paciente ao usar seu dispositivo. Se os investigadores usarem parâmetros que possam produzir uma resposta neural mais intensa (e, portanto, têm o potencial de causar desconforto), eles sempre os apresentarão em uma função passo a passo (por exemplo, aumentando gradualmente a amplitude) enquanto verifica se a sensação não é 'desconfortavelmente brilhante', e os investigadores diminuirão imediatamente a intensidade da estimulação se os pacientes relatarem que a sensação se aproxima do desconforto. O PI tem experiência nesta abordagem e treinará todo o pessoal nestes protocolos.

Em resposta à estimulação/imagem no monitor, os sujeitos serão solicitados a fazer um julgamento perceptivo ou realizar uma tarefa comportamental simples. Os exemplos incluem a detecção de um estímulo ('você viu uma luz naquele teste'), relatar o tamanho desenhando em uma tela sensível ao toque ou caminhar até um local alvo. A resposta do paciente e o tempo de reação serão registrados.

Nenhum desses estímulos provocará respostas emocionais ou será aversivo de alguma forma.

Em alguns casos, os investigadores também coletarão dados medindo a posição dos olhos dos sujeitos. Este é um procedimento não invasivo que será realizado utilizando equipamento padrão de rastreamento ocular por meio de uma câmera infravermelha que rastreia a posição da pupila dos sujeitos. Somente medições como posição dos olhos ou piscadas serão registradas, portanto, esses dados não contêm informações identificáveis.

Os participantes são incentivados a fazer pausas sempre que necessário (eles podem sair da sala de testes). Os investigadores usam várias técnicas experimentais, incluindo: (1) Igual-diferente - por ex. aos sujeitos são mostradas duas percepções e é perguntado se elas são iguais ou diferentes. (2) Método de ajuste - por ex. os sujeitos são solicitados a ajustar a intensidade de exibição/estimulação até que uma percepção seja pouco visível, (3) escolha forçada de 2 alternativas - por ex. os sujeitos serão apresentados a dois estímulos e questionados sobre qual dos dois estímulos é mais brilhante (4) Identificação - os sujeitos são solicitados a identificar qual letra foi apresentada.

Em alguns casos, além de medir a precisão, os investigadores também medirão a melhoria com a prática, repetindo a mesma tarefa em várias sessões (até 5 sessões, cada uma realizada em dias de teste diferentes).