Un novedoso sistema diseñado para traducir las señales del cerebro en movimientos musculares complejos en tiempo real ha sido presentado en el congreso de la Sociedad de Neurociencia en Chicago. El sistema podría permitir que las personas con daños en la espina dorsal controlen sus propios miembros. Según Krishna Shenoy, neurocientífica de la Universidad de Stanford es un gran avance y supone la primera demostración de un sistema de estimulación eléctrica controlada corticalmente realizando una tarea que finalmente será de utilidad para un paciente humano.
Aunque los daños en la espina dorsal evitan que las señales eléctricas del cerebro lleguen a los músculos, las personas con parálisis por estos daños a menudo tienen intactos los nervios y músculos de sus miembros. Una técnica llamada estimulación eléctrica funcional (FES), en la que unos electrodos implantados aplican una corriente eléctrica para provocar contracciones musculares, ofrece un modo de volver a establecer esta conexión.
Los dispositivos capaces de restaurar la función manual y el control de la vejiga a algunos pacientes con parálisis ya han sido aprobados por la FDA (Food and Drug Administration) en EEUU. Los pacientes utilizan movimientos musculares residuales para controlar conscientemente estos sistemas; un sistema que funciona bien para algunas aplicaciones pero limita la complejidad del movimiento que se puede realizar. Por ejemplo, un dispositivo FES permite a las personas encoger un hombro para activar un movimiento más atrevido con la mano, pero no tienen el suficiente control como para asir objetos.
Ahora, combinando la tecnología FES con implantes cerebrales, los científicos están intentando crear un sistema más intuitivo para controlar los miembros paralizados, de forma que el pensamiento de mover un brazo o asir algo con la mano se traduzca automáticamente en el patrón de actividad eléctrica necesario para realizar ese movimiento. "Es mucho más natural, y si podemos descifrar la actividad en los músculos suficientes, podríamos mover múltiples articulaciones simultáneamente", señala Robert Kirsch, neurocientífico de la Universidad de Case Western Reserve, en Cleveland, Ohio. Un movimiento normal del brazo y la mano implica un movimiento fluido de múltiples articulaciones,.
Christian Ethier, investigador en el laboratorio del neurocientífico Lee Miller, en la Universidad de Northwestern, en Chicago, ha demostrado los primeros pasos hacia esta clase de sistema en monos. Los investigadores dieron a cada mono un anestésico local para bloquear temporalmente la función de los nervios de los flexores en sus brazos. Los animales tenían cables implantados en sus brazos para administrar estímulos eléctricos a los músculos, como harían los nervios, y una fila de electrodos implantada en el cerebro para registrar la actividad eléctrica de la corteza motora.
Primero se entrenó a los monos para asir una bola y ponerla en un agujero a cambio de un premio. Utilizando la actividad cerebral grabada durante esta tarea, los científicos desarrollaron algoritmos especializados de descifrado que traducirían la actividad cerebral relacionada con el movimiento de los diferentes músculos en un estímulo eléctrico para cada uno de los cinco músculos flexores del brazo en tiempo real, permitiendo al mono realizar la tarea. "Podemos predecir qué está intentando hacer el mono con sus músculos y estimular los músculos en función de eso, dando al mono control voluntario a través del ordenador en lugar de sus nervios", señala Miller.
Por lo general, con el brazo paralizado, los animales tuvieron dificultades para completar la tarea, consiguiendo meter la bola en su destino únicamente el 10% d ellas veces, en comparación con el 100% que mostraron antes del bloqueo de los nervios. La activación del sistema FES aumentó la tasa de éxito en los animales paralizados hasta un 77%. Los investigadores mostraron también que podían lograr que el mono moviera la muñeca en distintas direcciones; ahora quieren ver si pueden repetir los resultados con los músculos que controlan el alcance.
Las pruebas con humanos podrían no estar lejos. Los implantes corticales ya se han probado en pacientes humanos. Kirsch y Miller todavía no han establecido un cronograma específico para combinar ambos sistemas –los implantes corticales y los FES– en humanos, pero según Miller, sería técnicamente viable en un año. No obstante, quieren esperar hasta que los científicos hayan desarrollado una versión inalámbrica totalmente implantable del implante cortical, actualmente en desarrollo en la Universidad de Brown. Los implantes actuales tienen cables que sobresalen, lo que aumenta el riesgo de infección y limita la movilidad de los pacientes.
Las investigaciones previas han mostrado que los pacientes con estos implantes pueden controlar un cursor de ordenador y hacer algunos movimientos con un brazo robótico. Aunque esta investigación es especialmente interesante para las personas con miembros amputados, la nueva investigación se puede aplicar también a pacientes con daños en la espina dorsal.
Aunque los daños en la espina dorsal evitan que las señales eléctricas del cerebro lleguen a los músculos, las personas con parálisis por estos daños a menudo tienen intactos los nervios y músculos de sus miembros. Una técnica llamada estimulación eléctrica funcional (FES), en la que unos electrodos implantados aplican una corriente eléctrica para provocar contracciones musculares, ofrece un modo de volver a establecer esta conexión.
Los dispositivos capaces de restaurar la función manual y el control de la vejiga a algunos pacientes con parálisis ya han sido aprobados por la FDA (Food and Drug Administration) en EEUU. Los pacientes utilizan movimientos musculares residuales para controlar conscientemente estos sistemas; un sistema que funciona bien para algunas aplicaciones pero limita la complejidad del movimiento que se puede realizar. Por ejemplo, un dispositivo FES permite a las personas encoger un hombro para activar un movimiento más atrevido con la mano, pero no tienen el suficiente control como para asir objetos.
Ahora, combinando la tecnología FES con implantes cerebrales, los científicos están intentando crear un sistema más intuitivo para controlar los miembros paralizados, de forma que el pensamiento de mover un brazo o asir algo con la mano se traduzca automáticamente en el patrón de actividad eléctrica necesario para realizar ese movimiento. "Es mucho más natural, y si podemos descifrar la actividad en los músculos suficientes, podríamos mover múltiples articulaciones simultáneamente", señala Robert Kirsch, neurocientífico de la Universidad de Case Western Reserve, en Cleveland, Ohio. Un movimiento normal del brazo y la mano implica un movimiento fluido de múltiples articulaciones,.
Christian Ethier, investigador en el laboratorio del neurocientífico Lee Miller, en la Universidad de Northwestern, en Chicago, ha demostrado los primeros pasos hacia esta clase de sistema en monos. Los investigadores dieron a cada mono un anestésico local para bloquear temporalmente la función de los nervios de los flexores en sus brazos. Los animales tenían cables implantados en sus brazos para administrar estímulos eléctricos a los músculos, como harían los nervios, y una fila de electrodos implantada en el cerebro para registrar la actividad eléctrica de la corteza motora.
Primero se entrenó a los monos para asir una bola y ponerla en un agujero a cambio de un premio. Utilizando la actividad cerebral grabada durante esta tarea, los científicos desarrollaron algoritmos especializados de descifrado que traducirían la actividad cerebral relacionada con el movimiento de los diferentes músculos en un estímulo eléctrico para cada uno de los cinco músculos flexores del brazo en tiempo real, permitiendo al mono realizar la tarea. "Podemos predecir qué está intentando hacer el mono con sus músculos y estimular los músculos en función de eso, dando al mono control voluntario a través del ordenador en lugar de sus nervios", señala Miller.
Por lo general, con el brazo paralizado, los animales tuvieron dificultades para completar la tarea, consiguiendo meter la bola en su destino únicamente el 10% d ellas veces, en comparación con el 100% que mostraron antes del bloqueo de los nervios. La activación del sistema FES aumentó la tasa de éxito en los animales paralizados hasta un 77%. Los investigadores mostraron también que podían lograr que el mono moviera la muñeca en distintas direcciones; ahora quieren ver si pueden repetir los resultados con los músculos que controlan el alcance.
Las pruebas con humanos podrían no estar lejos. Los implantes corticales ya se han probado en pacientes humanos. Kirsch y Miller todavía no han establecido un cronograma específico para combinar ambos sistemas –los implantes corticales y los FES– en humanos, pero según Miller, sería técnicamente viable en un año. No obstante, quieren esperar hasta que los científicos hayan desarrollado una versión inalámbrica totalmente implantable del implante cortical, actualmente en desarrollo en la Universidad de Brown. Los implantes actuales tienen cables que sobresalen, lo que aumenta el riesgo de infección y limita la movilidad de los pacientes.
Las investigaciones previas han mostrado que los pacientes con estos implantes pueden controlar un cursor de ordenador y hacer algunos movimientos con un brazo robótico. Aunque esta investigación es especialmente interesante para las personas con miembros amputados, la nueva investigación se puede aplicar también a pacientes con daños en la espina dorsal.
por: Andres Enrique Quintero Santander
