Visualizando el mundo con ojos biónicos

La visión es el sentido gracias al que los humanos obtenemos la mayor parte de la información del mundo que nos rodea. En este proceso están implicados los fotorreceptores, unas células especializadas, sensibles a la luz y localizadas en la retina. Estas células lo que hacen es transformar la luz en señales nerviosas que el cerebro pueda entender y originar las imágenes.
 
Gracias a este proceso podemos distinguir formas, colores, tamaños y movimientos que nos ponen en contacto con el exterior. En definitiva, un proceso que permite desenvolvernos en los quehaceres de la vida diaria.
 
Pero, todo este sistema es un enorme complejo estructural y funcional que lo hace vulnerable a padecer diversas alteraciones que desembocan en patologías retinianas e incluso la ceguera. Patologías que pueden ser provocadas por más de 200 mutaciones genéticas diferentes. Tal es así, que estas mutaciones afectan a más de 20 millones de personas  en todo el mundo.
 
Todo esto, despierta un considerable interés por el desarrollo de tecnologías que ayuden a restaurar la función visual. Existe una extraordinaria variedad de terapias de recuperación de la vista que están comenzando a ensayarse clínicamente y a implantarse en pacientes.
 
Sin embargo, no se conoce, con exactitud, la percepción visual a priori  que tendrán los pacientes sometidos a estos implantes. Este desconocimiento obliga a desarrollar modelos sofisticados que permitan, a los profesionales, saber que es lo que la gente, realmente, percibe del exterior.
 
En un trabajo de investigación publicado en la revista Philosophical Transactions B, los investigadores de la Universidad de Washington, utilizan simulaciones visuales para la elaboración de videos cortos que imitan la calidad de la visión que le quedará a una persona después de someterse a un implante visual. De esta forma, se podría determinar como estas personas perciben las imágenes procedentes del exterior.
 
Los investigadores afirman que se han realizado importantísimos avances en las terapias de recuperación visual, sin embargo, los resultados obtenidos tras la cirugía, no son todo lo positivos que los profesionales y los propios pacientes esperaban en un inicio.
 
La elaboración de este tipo de simulaciones, realizadas por los investigadores estadounidenses, no tiene precedente. Se trata de la primera simulación visual de la vista restaurada de una forma totalmente realista.  Gracias a estos estudios será posible saber con total exactitud como ven el mundo los transplantados de retina.
 
Distorsiones visuales tras el implante
 
Esta investigación tiene como objetivo proporcionar información sobre la calidad de la visión de las personas si se someten a una cirugía de restauración de la vista, un procedimiento invasivo y costoso.
 
Para ello, se centran, fundamentalmente, en metodologías empleadas como la optogenética  (combinación de métodos ópticos con métodos genéticos), el implante de pequeñas moléculas que actúan como interruptores y las prótesis eléctricas que emplean estímulos artificiales de la retina para obtener percepciones.
 
En estas tecnologías, se produce una interacción entre la tecnología de estimulación y la neurofisiología subyacente y es en este proceso donde surgen las distorsiones visuales. Unas distorsiones producidas por la enorme diversidad de células de la retina, distorsiones espaciales, causadas por la estimulación en prótesis eléctricas y distorsiones temporales provocadas por lenta cinética de la optogenética y de los interruptores moleculares.
 
Por lo que someterse a estas cirugías supone para el paciente una decisión, realmente, difícil de tomar. Ya que tras someterse a un largo proceso quirúrgico, el resultado final no es una restauración totalmente normal.
 
Y es aquí donde radica la importancia de las simulaciones visuales, ya que aportan una información adicional importantísima que hará que la decisión del paciente sea menos difícil de tomar.

Como se produce la visión
 
Nuestros ojos trabajan las 24 horas del día, incluso mientras permanecemos dormidos. Estos órganos reciben la luz que reflejan los objetos que nos rodean, captando de esta manera una gran cantidad de información. Luego procesan toda esta información y la transfieren a una velocidad vertiginosa al cerebro para que éste conozca lo que sucede fuera de nuestro organismo.
 
Nuestros ojos actúan, digámoslo así, como una cámara fotográfica. Para conseguir un enfoque adecuado y captación del movimiento, los ojos cuentan con una minúscula lente, el cristalino y con el músculo ciliar, encargado de modificar la forma de esta lente natural hasta conseguir que la imagen quede perfectamente enfocada en una estructura muy sensible a la luz, la retina. En el momento en el que la imagen está perfectamente enfocada, la retina se encarga de hacerla llegar al cerebro. Y así, obtenemos imágenes claras y precisas.
 
En todo este proceso intervienen una gran diversidad de células de muy diferente morfología y función que en conjunto nos permiten visualizar todo aquello que nos rodea, las formas que presentan, los colores que muestran, los movimientos rápidos o lentos. Estas células son los denominados fotorreceptores (conos y bastones) y son las células más especializadas de nuestro cuerpo. Es en estas células donde se realiza la conversión de la luz en señales nerviosas (impulsos nerviosos) que el cerebro pueda entender y así, transformarlas en imágenes.
 
Estos fotorreceptores presentan una enorme complejidad, constan de regiones con un elevado grado de especialización, requieren de un gran número de proteínas que intervienen en su correcto funcionamiento y tienen un elevado consumo de energía. Pues bien, todas estas propiedades conforman un complejo sistema que predispone a los fotorreceptores a padecer patologías, provocadas por causas ambientales o por mutaciones genéticas, que desembocan en disfunciones visuales o en ceguera.
 
Problemática de los implantes actuales
 
Las enfermedades generadas en el sistema ocular provocan la eliminación de neuronas en este complejo. Pero, no todas son destruidas, sino que muchas quedan en el interior de la retina, relativamente intactas. Y es sobre estas neuronas supervivientes, sobre las que actúan las diversas tecnologías de recuperación visual.
 
Dos de las más prometedoras son las prótesis eléctricas, que permiten la visión mediante la estimulación de las células que sobreviven con una serie de electrodos introducidos en la retina. Y la optogenética, que inserta proteínas en las células de la retina supervivientes haciendo que estas sean sensibles a la luz.
 
Una vez explicado esto, cabe preguntarse, que si la estimulación de las células es lo que permite la visión y estas técnicas es lo que hacen, ¿donde está el problema? Según Boynton, co-autor de la investigación, la estimulación de las células supervivientes implica una probabilidad baja de obtener una visión que se aproxime a una visión normal. Pero, ¿a qué es debida esta probabilidad tan baja?
 
Para aclarar esto, expliquemos un poco el funcionamiento de la retina. Como decíamos este órgano contiene una enorme diversidad de células. Células que llevan información visual muy diferente y responden de manera diferente a la entrada de información a través de los ojos. Y aquí es donde surge el problema con las prótesis eléctricas.
 
Estas prótesis, lo que hacen es estimular la retina y esto provoca la excitación de todos estos tipos de células al mismo tiempo. Un proceso muy diferente al que ocurre en un ojo normal, donde la respuesta de estas células tras la  entrada de información visual es distinta.
 
Por su parte, la optogenética, plantea problemas similares. Las proteínas optogenéticas que están disponibles actualmente producen respuestas lentas a través del tiempo, y están limitadas en el efecto positivo que producen en el ojo.

Por tanto, los problemas planteados por ambas tecnologías se traducen en que la visión de los pacientes no es totalmente clara y poco real. Pueden percibir formas borrosas, formas tipo cometa o contornos borrosos, incluso pueden experimentar desapariciones visuales temporales si un objeto se mueve demasiado rápido.

Necesidades futuras
 
Los investigadores abogan por la necesidad imperiosa de mejorar los dispositivos de simulación para determinar qué es, exactamente, lo que percibe el paciente y sobre todo, como lo percibe, tras someterse a un implante. De esta forma, se obtendría una información valiosa sobre cómo deben ser mejorados los implantes para producir una visión más natural y real.
 
Según Fine y Boynton, mientras no se haga esto, la ciencia, digámoslo así, estará dando palos de ciego pues se intentarán mejorar estos implantes, pero, sin saber hacia donde. Pues no existen nociones de las buenas o malas percepciones, en definitiva, de la calidad de las percepciones que tienen los pacientes. Si esto se conoce a priori, permitiría determinar, exactamente, cuáles son los puntos críticos de los dispositivos implantados susceptibles de mejora.
 
En consecuencia, los pacientes podrían adquirir una visión lo más real posible, hasta llegar a una visión exacta, equiparable al de un ojo en perfecto estado de salud. Un objetivo duro de alcanzar, pero, no imposible.  Todo un reto para la investigación científica.

Referencia bibliográfica
 
 Fine I, Boynton G. M. Pulse trains to percepts: the challenge of creating a perceptually intelligible world with sight recovery technologies. Philosophical Transactions B (2015). DOI: 10.1098/rstb.2014.0208.