17 de abr. de 2021

O modelo de computador promove melhorias potenciais para a tecnologia de 'olho biônico'

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olho biônico
Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

Existem milhões de pessoas que enfrentam a perda de visão devido a doenças degenerativas dos olhos. A doença genética retinite pigmentosa sozinha afeta 1 em 4.000 pessoas em todo o mundo.

Hoje, existe tecnologia disponível para oferecer visão parcial às pessoas com essa síndrome. O Argus II, a primeira prótese retiniana do mundo, reproduz algumas funções de uma parte do olho essencial à visão, para permitir que os usuários percebam movimentos e formas.

Enquanto o campo das próteses de retina ainda está engatinhando, para centenas de usuários em todo o mundo, o "olho biônico" enriquece a maneira como eles interagem com o mundo diariamente. Por exemplo, ver contornos de objetos permite que eles se movam em ambientes desconhecidos com maior segurança.

Isso é apenas o começo. Os pesquisadores estão buscando melhorias futuras na tecnologia, com um objetivo ambicioso em mente.

"Nosso objetivo agora é desenvolver sistemas que realmente imitem a complexidade da retina", disse Gianluca Lazzi, professor reitor de oftalmologia e engenharia elétrica da Keck School of Medicine da USC e da USC Viterbi School of Engineering.

Ele e seus colegas da USC cultivaram o progresso com dois estudos recentes usando um modelo de computador avançado do que acontece na retina. Seu modelo validado experimentalmente reproduz as formas e posições de milhões de  no olho, bem como as propriedades físicas e de rede associadas a elas.

"Coisas que não podíamos nem ver antes, agora podemos modelar", disse Lazzi, que também é Professor de Engenharia Fred H. Cole e diretor do Instituto de Tecnologia e Sistemas Médicos da USC. "Podemos imitar o comportamento dos sistemas neurais, para que possamos realmente entender por que o sistema neural faz o que faz."

Concentrando-se em modelos de  nervosas que transmitem  do olho para o cérebro, os pesquisadores identificaram maneiras de aumentar potencialmente a clareza e conceder visão de cores para futuros dispositivos protéticos da retina.

O olho, biônico e outros

Para entender como o modelo de computador pode melhorar o olho biônico, é útil saber um pouco sobre como a visão acontece e como funciona a prótese.

Quando a luz entra no olho saudável, o cristalino a focaliza na retina, na parte posterior do olho. As células chamadas fotorreceptores traduzem a luz em impulsos elétricos que são processados ​​por outras células da retina. Após o processamento, os sinais são passados ​​para as  , que entregam informações da retina ao cérebro por meio de longas caudas, chamadas de axônios, que são agrupadas para formar o nervo óptico.

Fotorreceptores e células de processamento morrem em  . As células ganglionares retinais geralmente permanecem funcionais por mais tempo; o Argus II fornece sinais diretamente para essas células.

"Nessas condições infelizes, não há mais um bom conjunto de entradas para a célula ganglionar", disse Lazzi. "Como engenheiros, perguntamos como podemos fornecer essa entrada elétrica."

Um paciente recebe um minúsculo implante ocular com uma série de eletrodos. Esses eletrodos são ativados remotamente quando um sinal é transmitido de um par de óculos especiais que possuem uma câmera. Os padrões de luz detectados pela câmera determinam quais células ganglionares da retina são ativadas pelos eletrodos, enviando um sinal ao cérebro que resulta na percepção de uma imagem em preto e branco composta por 60 pontos.

Modelo de computador conquista novos avanços

Sob certas condições, um eletrodo no implante irá estimular incidentalmente os axônios das células vizinhas ao seu alvo. Para o usuário do olho biônico, essa estimulação de axônios fora do alvo resulta na percepção de uma forma alongada em vez de um ponto. Em um estudo publicado no IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering , Lazzi e seus colegas implantaram o modelo de computador para resolver esse problema.

"Você deseja ativar esta célula, mas não o axônio vizinho", disse Lazzi. "Então, tentamos projetar uma forma de onda de estimulação elétrica que vise com mais precisão a célula."

Os pesquisadores usaram modelos para dois subtipos de  da  , no nível de uma única célula, bem como em grandes redes. Eles identificaram um padrão de pulsos curtos que tem como alvo preferencial os corpos celulares, com menos ativação fora do alvo dos axônios.

Outro estudo recente na revista Scientific Reports aplicou o mesmo sistema de modelagem por computador aos mesmos dois subtipos de células para investigar como codificar cores.

Esta pesquisa se baseia em investigações anteriores, mostrando que as pessoas que usam o Argus II percebem variações na cor com as mudanças na frequência do sinal elétrico - o número de vezes que o sinal se repete durante um determinado período. Usando o modelo, Lazzi e seus colegas desenvolveram uma estratégia para ajustar a frequência do sinal para criar a percepção da cor azul.

Além da possibilidade de adicionar a visão de cores ao olho biônico, a codificação com matizes poderia ser combinada com a inteligência artificial em futuros avanços baseados no sistema, de forma que elementos particularmente importantes no ambiente de uma pessoa, como rostos ou portas, se destaquem.

"Há um longo caminho, mas estamos caminhando na direção certa", disse Lazzi. "Podemos presentear essas próteses com inteligência e, com o conhecimento, vem o poder."

Original texto e direito autoral: https://techxplore.com

Tradução: https://vega-conhecimentos.com 

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