Cómo los dispositivos biónicos 'controlados por la mente' podrían ayudar a los cuadripléjicos a caminar

El implante cerebral envía señales a cualquier cosa, desde un miembro protésico biónico hasta un 'exoesqueleto' de cuerpo completo.

El desarrollo de dispositivos biónicos "controlados por la mente" se acercó un paso más hoy con la publicación de un Papel de biotecnología natural describiendo cómo un pequeño stent de 3cm de largo que contiene electrodos 12 podría algún día ayudar a las personas que viven con lesiones de la médula espinal a caminar con el poder del pensamiento.

El dispositivo, llamado "estentrodo", se inserta en la vena yugular en el cuello y se empuja hacia arriba hasta que llega a la corteza motora del cerebro, que es responsable de la actividad muscular.

He sido parte del equipo de personas 39 que desarrolla y prueba el dispositivo, y ahora estamos planeando un ensayo clínico el próximo año en Victoria.

¿Cómo funciona?

La posición del stentrode, junto con la corteza motora, le permite recibir señales neuronales que inician el movimiento. Envía esas señales a través de microleads 12 a una interfaz de computadora.


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La universidad de Melbourne. Fuente

Aquí, las señales se traducen en información que podría manipular cualquier cosa, desde una prótesis biónica hasta un exoesqueleto de cuerpo completo, un esqueleto externo de tipo transformador.

El trabajo se basa en investigaciones anteriores, que en 2002 encontraron los monos podrían mover el cursor de una computadora con el poder del pensamiento. Esto demostró que era teóricamente posible controlar una extremidad biónica usando solo el pensamiento.

Luego, los investigadores utilizaron dispositivos de electrodos, como el Matriz de electrodos de Utah, y los implantó quirúrgicamente justo debajo del cráneo en la corteza en humanos. Estos dispositivos produjeron resultados sorprendentes, incluido el capacidad para pacientes paralizados para operar una extremidad biónica remota, completamente separada del cuerpo, y tomar un sorbo de café. Estos dispositivos todavía están siendo desarrollados por una compañía llamada BrainGate.

Sin embargo, la inserción de estos dispositivos requiere una cirugía cerebral importante que conlleva riesgos de infección y rechazo inmune. Los conjuntos de electrodos implantados quirúrgicamente también pueden causar inflamación cerebral y sufrir degradación de la calidad de la señal durante seis meses a un año.

El stentrode tiene como objetivo superar estos problemas. Al sentarse dentro de la vasculatura del cerebro, el estentrodo se incorpora a la pared del vaso, protegiéndolo de las células inmunes del cerebro. Nuestros estudios preclínicos muestran que el cerebro señala que la captación de estrógenos en realidad se vuelve más limpia y más fuerte con el tiempo a medida que se produce esta incorporación de vasos sanguíneos.

Siguiente paso: implantar pacientes

Los primeros pacientes que recibirán los implantes de estentrodo serán personas que hayan sufrido una lesión en la columna y hayan terminado con tetraplejia.

Antes de recibir el implante, los pacientes se someterán a una resonancia magnética funcional. Se les pedirá que imaginen mover su brazo hacia la izquierda y la derecha, hacia arriba y hacia abajo, y que imaginen mover su mano hacia los objetivos en la pantalla de una computadora.

Esto producirá un mapa virtual de la corteza motora que los cirujanos pueden apuntar durante la cirugía de implantación de estentrodos, para garantizar que el dispositivo se superponga a la región apropiada de la corteza motora.

Entonces, el propio cerebro del paciente comenzará un paradigma de aprendizaje, muy similar a aprender a tocar un instrumento o una nueva habilidad motora. Las neuronas en la corteza motora se dispararán en respuesta al pensamiento del paciente, que luego se traducirá en un movimiento de cursor, extremidad biónica o exoesqueleto.

Inicialmente, esos movimientos serán desiguales, descoordinados y producirán un resultado incorrecto. Pero a través de un proceso de prueba y error, las propiedades neuroplásicas del cerebro le permitirán refinar la actividad neuronal, eventualmente permitiendo actividades coordinadas como tomar un café o caminar con la ayuda de un exoesqueleto.

Otros posibles usos

El sistema vascular altamente ramificado del cerebro significa que el estentrodo podría depositarse potencialmente en otros vasos para tratar una variedad de enfermedades.

Tiene el potencial de predecir convulsiones epilépticas, por ejemplo, si se coloca en la región del cerebro que da lugar a las convulsiones. La actividad neuronal del cerebro cambia de manera predecible antes del inicio de una convulsión. El stentrode podría captar estas señales de advertencia reveladoras, alertando al paciente de que deje de realizar cualquier actividad que los ponga a ellos u otros en peligro, como conducir o nadar.

El stentrode también podría usarse como un dispositivo de neuroestimulación. Las terapias actuales para la enfermedad de Parkinson incluyen la estimulación cerebral profunda (DBS) para liberar la dopamina requerida para movimientos suaves y coordinados. Usar el stentrode como un estimulador alternativo aliviaría el riesgos de implantar estimuladores profundamente en el cerebro.

El dispositivo también podría ayudar a las personas con enfermedad de las neuronas motoras (EMN) a quienes se les roba la capacidad de moverse, hablar, comer y eventualmente respirar. En la etapa donde las personas pierden la capacidad de comunicarse, el stentrode podría usarse para proporcionar una interfaz para que las personas controlen una computadora. Esto podría darles preciosos meses o años donde pueden continuar comunicándose con sus seres queridos.

Los primeros ensayos clínicos en humanos del stentrode están programados para 2017. Siempre que veamos los resultados anticipados, esperamos que una versión comercial de la tecnología esté disponible en la primera mitad de los 2020.

Mientras tanto, un objetivo es agregar más electrodos, lo que permite un control más preciso para que los pacientes paralizados no solo caminen nuevamente, sino que obtengan movimientos finos de los dedos. ¿Podríamos algún día ver a un virtuoso del violín "paralizado"? Podemos intentar.

Recintos

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Sobre el Autor

Clive May, profesor de neurofisiología, Instituto Florey de Neurociencia y Salud Mental

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