E l proyecto Hyperstim (High Dimensional Electrical Stimulation for Visual Prosthesis) reúne empresa privada y academia para lograr un avance fundamental en la resolución espacial de la estimulación eléctrica cerebral para restaurar la visión. Se espera así obtener una resolución de al menos 20 veces el número de electrodos que, en la actualidad, están físicamente presentes en las prótesis en estudio.

El proyecto interdisciplinario Hyperstim pretende avanzar en la creación de una prótesis visual que pase por alto la estructura del ojo y que trabaje en la corteza visual del cerebro, donde se forman finalmente las imágenes.

El implante no pretende intervenir o reemplazar ninguna parte del ojo, sino ir directamente a la corteza cerebral donde, en una persona vidente, se procesan las señales producidas por la luz y se forman las imágenes que vemos, dando origen a la percepción. Se han intentado hacer implantes que emulen a la retina, lo que se conoce como retina de silicio. Pero las células de la retina están tan juntas que no existe, por el momento, un arreglo de electrodos tan compacto que permita estimular de forma óptima el nervio óptico.

El mencionado proyecto Hyperstim está financiado por el European Innovation Council e involucra a tres universidades, la Universidad KU Leuven (Bélgica), la Universidad Pompeu Fabra (España) y la TTK University of Applied Sciences (Estonia), y una empresa privada (ReVision), cuya colaboración apunta a investigar cómo estimular áreas visuales del cerebro para generar percepción (visual) y, así, avanzar en la creación de una prótesis que restauraría la visión, en el largo plazo.

El nombre del proyecto hace alusión a que, gracias a la densidad del implante desarrollado por ReVision en conjunto con KUL, es posible estimular áreas visuales del cerebro de forma más precisa, con alta resolución temporal y espacial y, por lo tanto, "la investigación está dirigida a explorar qué patrones de estimulación son los más eficientes con respecto a la transmisión de información visual, y cómo esta misma puede ser reforzada", comenta Juan Mucarques Fuentes, investigador postdoctoral del Grupo de Neurociencia Computacional (CNS) de la UPF, que ha participado en el proyecto Hyperstim, coordinado por Gustavo Deco, director del Center for Brain and Cognition de la UPF. En este proyecto, la UPF participa desde el campo de la neurociencia computacional, modelando los fenómenos neuronales en la corteza visual que subyacen a la percepción.

La importancia de la prótesis de ReVision

La prótesis que ReVision está desarrollando, y que espera terminar en diez años, consta de unas gafas que recogen la información visual y la pasan en forma de estímulos eléctricos a un implante más de mil microelectrodos insertados en la corteza visual, en la parte posterior del cerebro, cuyo diseño y construcción supera a la tecnología existente.

El implante cerebral que ReVision propuso y prototipó representa un avance importante en tecnología biomédica. "Por un lado, su diseño integra materiales conductores delgados, flexibles y durables, que, junto a una técnica de implantación ad-hoc, minimizan los impactos de la cirugía, asegurando la durabilidad y confiabilidad del dispositivo y la estimulación eléctrica que implementa", explica el investigador.

Dada la densidad y forma de los electrodos, el implante permitiría implementar complejos patrones de estimulación eléctrica, los cuales no han sido estudiados exhaustivamente en un implante con la densidad del desarrollado por ReVision. Cabe destacar que el implante es una parte de la prótesis, en el sentido que la prótesis completa involucra una cámara que enviaría señales de video al implante. El proyecto Hyperstim avanza en la pregunta más crucial en el desarrollo de esta prótesis, la cual se refiere a cómo la corteza visual podría ser estimulada para generar perceptos que restaurarían la visión funcional.

Pero mejorar y aumentar el número de electrodos es sólo una parte de la solución. Así lo explica Juan Mucarques: "Se necesita que los patrones de estimulación sean más complejos, es decir, que podamos usar los electrodos de manera más eficiente mediante la aplicación de protocolos de estimulación sofisticados, estudiando su relación con la información transmitida mediante las capas de la corteza visual".

Próximos pasos

El proyecto Hyperstim avanzará en un ciclo cerrado de optimización de patrones de estimulación, que implica colaboración entre neurociencia experimental y computacional. "Particularmente, el principal objetivo del proyecto es investigar y modelar procesos de transmisión de información visual, caracterizando los patrones de estimulación que los optimizan. En el futuro, esto responde al problema principal del gran objetivo de desarrollar un implante visual funcional de alta resolución que permitiese leer a una persona que ha perdido la vista", establece el investigador.

Investigaciones aplicadas a la visión

El desarrollo de una prótesis que restaure la visión representa un gran desafío para la investigación científica y tecnológica, siendo un problema que abarca desde física electrónica hasta neurociencia teórica y experimental.

En particular, Juan Mucarques comenta que "los mecanismos neuronales que dan origen a nuestra detallada y adaptativa percepción visual (y la que observamos en animales) no están entendidos a un nivel que permita generar un percepto más detallado que sombras (fosfenos) con cierta estabilidad mediante estimu lación eléctrica. En este sentido, la neurociencia computacional (también llamada neurociencia teórica) cumple un rol fundamental en el entendimiento, a distintos niveles de abstracción, del funcionamiento, mecanismos y adaptación del sistema visual".

La computación de alto desempeño actual hace posible simular poblaciones y circuitos neuronales a nivel de variables biofísicas, extendiendo así las posibilidades de experimentación biológica y médica. Al mismo tiempo, dentro del campo de la neurociencia computacional, se consideran modelos abstractos de funcionamiento neuronal, los cuales a través de principios y limites fundamentales derivados de física teórica y procesamiento de señales, dan luces y guían la investigación para entender el fenómeno de la visión desde distintos ángulos, por ejemplo, basado en información estadística, eficiencia de representación y predicción del mundo externo, fenómenos que también son observados en una multiplicidad de escalas espaciales y temporales, en poblaciones y circuitos neuronales.

"Esta combinación de principios fundamentales, simulaciones y experimentación bioética con sistemas neuronales son la herramienta actual para explorar sustratos de los fenómenos relativos a la percepción y cognición, particularmente en sistemas sensoriales como el visual, para el cual, en el futuro, se espera entender a nivel suficiente para poder estimular de forma robusta y detallada, como lo es en el caso de los implantes cocleares en audición", responde Juan Mucarques Fuentes.

Hyperstim está financiado con dos millones de euros del programa Horizon Europe de la Comisión Europea, a través del Consejo Europeo de Innovación. Inició trabajos en noviembre de este año y se espera que termine en octubre de 2026.