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Whispering the language of the neurons to restore vision. (NeuroBaBEL)

Casi 300 millones de personas sufren de algún grado de discapacidad visual y aproximadamente 40 millones son totalmente ciegas. Investigadores en todo el mundo están dirigiendo esfuerzos para restaurar cierto grado de percepción visual a los ciegos a través de diferentes tratamientos como trasplantes de células madre o terapias génicas. Sin embargo, ninguno de estos enfoques ha sido tan progresista como las neuroprótesis visuales, también conocidas como ojos biónicos. Se ha demostrado que la estimulación de las neuronas sobrevivientes en el sistema visual son capaces de restaurar el patrón visual. 
El objetivo final de la investigación del ojo biónico, como un medio para tratar la pérdida de visión, es reproducir los mismos mensajes neuronales que viajan entre el ojo y el cerebro de las personas que poseen visión normal. El sistema visual "ve" el mundo enviando señales al cerebro de indican transiciones de "luz encendida a la luz apagada" y de "luz apagada a luz encendida". A pesar del notable progreso realizado en la última década, hasta hace poco, las neuroprótesis visuales solo podían estimular las vías "encendido-apagado" y "apagado-encendido" simultáneamente, enviando mensajes neuronales confusos al cerebro. La activación selectiva se ha demostrado in vitro mientras que los modelos computacionales  predicen que las señales neuronales pueden modularse. Esta propuesta tiene como objetivo investigar, en un modelo funcional de la enfermedad (ratas del Royal College of Surgeons) , nuevas formas de activar preferentemente las vías visuales antes mencionadas utilizando señales moduladas en amplitud y frecuencia combinadas con ruido de baja potencia. Se espera que la codificación neural resultante sea más natural y, por lo tanto, mejore la percepción de los receptores del ojo biónico.

Universidad Pablo de Olavide

La codificación neuronal lograda a través de estímulos artificiales ha sido poco investigada. Si el cerebro entiende o no los mensajes entregados por las neuroprótesis sigue siendo una pregunta crítica ya que la percepción visual depende de la forma en que esta información es codificada. La mala codificación neural confunde al cerebro, aumentando por lo tanto el tiempo de aprendizaje requerido para alcanzar un rendimiento óptimo de los dispositivos biónicos. Por lo tanto, se plantea una necesidad urgente de desarrollar otras formas de estimulación neural que permitan apuntar a las vías de señalización en la secuencia apropiada para que la información se codifique de una forma más natural.

Bajo la primera hipótesis de que los pulsos con alta frecuencia de amplitud y pulsos de frecuencia modulada pueden activar vías de señalización "encendido" y "apagado" el proyecto se plantea los siguientes objetivos:
Demostrar que la activación selectiva de las vías de "encendido" y "apagado" puede propagarse a centros visuales superiores, mejorar los parámetros de estimulación para proporcionar una selectividad óptima de las vías visuales de "encendido" y "apagado", verificar si la activación selectiva es posible en un modelo de enfermedad.
Bajo la segunda hipótesis de que el ruido eléctrico aditivo puede mejorar la codificación neural de los estímulos artificiales se plantean los objetivos de explorar los beneficios del ruido eléctrico agregado a la codificación neural en la neuromodulación visual y evaluar la efectividad de los paradigmas de estimulación a través de la neuroestimulación en animales

Publicaciones en revistas científicas, presentación en conferencias internacionales así como seminarios y visitas académicas.

La metodología científica y la novedad de las preguntas que se investigan en esta propuesta contribuirá a aumentar el conocimiento a través de publicaciones académicas de alto impacto y nuevas patentes de acuerdo con las tres claves principales: innovación abierta, ciencia abierta y abierta al mundo. Mientras que los nuevos paradigmas de simulación mejorarán de forma significativa la codificación neuronal artificial, se espera que el nuevo modelo funcional para probar la eficacia de la estimulación en prótesis visuales sea adoptado por otros grupos de investigación en todo el mundo. Mientras que los nuevos paradigmas de simulación serán significativamente mejorar la codificación neuronal artificial, se espera que el nuevo modelo funcional para probar la eficacia de la estimulación en prótesis visuales para ser adoptados por otros grupos de investigación en todo el mundo. La explotación de estos resultados fortalecerá las conexiones del candidato con la industria y otras instituciones académicas.


Laboratorio de Neurociencia

Code PAIDI: BIO 122

Alejandro Barriga Rivera.  

Universidad Pablo de Olavide

Budget of Andalusian group: € 170,121.60

http://www.upo.es/laboratoriodeneurociencias/Contenidos/Indice_Ingles.html

Universidad Pablo de Olavide

Keywords: Prótesis visual, neuroestimulación, ingeniería neuronal, ojo biónico, neuromodulación.
Duration: 24 months. June, 1th 2017 to May, 31th 2019
Project cost: € 170,121.60