Saúde

Cientistas criam uma retina artificial que poderia ajudar a restaurar a visão dos cegos
Uma nova técnica ajuda a superar uma grande barreira: o calor.
Por Andrew Myers - 14/10/2019

Imagem Pixabay
Sem esse avanço, os chips necessários para construir uma retina artificial queimavam o tecido do olho humano. 

Por mais de uma década, os pesquisadores trabalham para criar retinas digitais artificiais que podem ser implantadas no olho para permitir que os cegos vejam novamente. Muitos desafios estão no caminho, mas os pesquisadores da Universidade de Stanford podem ter encontrado a chave para solucionar um dos mais irritantes: o calor. A retina artificial requer um chip de computador muito pequeno com muitos eletrodos de metal aparecendo. Os eletrodos primeiro registram a atividade dos neurônios ao seu redor para criar um mapa dos tipos de células. Essa informação é usada para transmitir dados visuais de uma câmera para o cérebro. Infelizmente, o olho produz tantos dados durante a gravação que os eletrônicos ficam muito quentes.

"Os chips necessários para construir uma retina artificial de alta qualidade fritariam essencialmente o tecido humano com o qual estão tentando interagir", diz  EJ Chichilnisky , professor dos departamentos de Neurocirurgia e Oftalmologia, da  equipe de retina artificial de Stanford .

Membros da equipe, incluindo Chichilnisky e seus colaboradores nos departamentos de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação de Stanford, anunciaram recentemente que desenvolveram uma maneira de resolver esse problema, comprimindo significativamente as enormes quantidades de dados visuais que todos esses neurônios nos olhos criam. Eles discutem seu avanço  em um estudo  publicado nas transações do  IEEE em circuitos e sistemas biomédicos.

Para transmitir informações visuais, os neurônios da retina enviam impulsos elétricos, conhecidos como picos, para o cérebro. O problema é que a retina digital precisa registrar e decodificar esses picos para entender as propriedades dos neurônios, mas isso gera muito calor no processo de digitalização, mesmo com apenas algumas centenas de eletrodos usados ​​nos protótipos de hoje. A primeira retina digital verdadeira precisará ter dezenas de milhares desses eletrodos, complicando ainda mais o problema.


Boris Murmann , professor de engenharia elétrica no projeto retina, diz que a equipe encontrou uma maneira de extrair o mesmo nível de entendimento visual usando menos dados. Ao entender melhor quais amostras de sinal são importantes e quais podem ser ignoradas, a equipe conseguiu reduzir a quantidade de dados que precisam ser processados. É como estar em uma festa tentando extrair uma única conversa coerente em meio ao barulho de uma sala lotada - algumas vozes importam muito, mas a maioria é barulhenta e pode ser ignorada.

"Comprimimos os dados por ser mais seletivo, ignorando as amostras de ruído e de linha de base e digitalizando apenas os picos únicos", diz Murmann.

Anteriormente, a digitalização e a compactação eram feitas separadamente, levando a muito armazenamento e transferência de dados extras. "Nossa inovação insere técnicas de compressão no processo de digitalização", diz  Subhasish Mitra , professor de engenharia elétrica e ciência da computação. Essa abordagem retém as informações mais úteis e é mais fácil de implementar em hardware.

Dante Muratore, pesquisador de pós-doutorado da equipe, diz que o processo é surpreendentemente direto conceitualmente. Cada ponta tem sua própria forma de onda que ajuda os pesquisadores a determinar que tipo de célula a produziu - um conhecimento essencial na retina, onde células diferentes têm funções diferentes. Sempre que dois ou mais eletrodos na retina artificial registram amostras de sinal idênticas, ele é tratado como uma "colisão", eliminando efetivamente os dados. As colisões podem ser ignoradas com segurança. Por outro lado, sempre que uma amostra de sinal exclusiva é registrada por um único eletrodo, ela é considerada de alto valor e é armazenada para processamento posterior. Ao testar sua abordagem, os pesquisadores dizem que seu método eficiente de coleta de dados perde apenas 5% das células, mas reduz os dados adquiridos em 40 vezes.

Os pesquisadores acreditam que é o primeiro passo para um dia de chips implantáveis ​​eficientes e funcionais que funcionariam não apenas nos olhos, mas em outras interfaces cérebro-máquina chamadas "neuroprosthetic" que transformam impulsos nervosos em sinais de computador. Tais aplicações podem incluir máquinas controladas pelo cérebro que  restauram o movimento dos paralisados  e ouvem os surdos, ou que abrem novas abordagens que auxiliam a memória, aliviam doenças mentais ou até melhoram veículos autônomos.

"Este é um passo importante que um dia poderá nos permitir construir uma retina digital com mais de 10.000 canais", diz Muratore.

 

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