cerebro experimental

Jul 04, 2023

Comentario Un artículo en Nature revela cómo un implante cerebral y una prótesis controlada por computadora ayudaron a un hombre parapléjico en su recuperación de una médula espinal parcialmente cortada.

Unos dos años después de que comenzara el proyecto de investigación, el estudio recién publicado describe cómo una tecnología experimental de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Ginebra, Suiza, no solo logró reconectar electrónicamente el cerebro del paciente con la parte inferior de su columna cable, lo que le permite pararse, caminar e incluso subir escaleras, pero también lo ayuda con su rehabilitación.

El implante de la interfaz cerebro-columna vertebral (BSI, por sus siglas en inglés) que se usó en este caso parece estar ayudándolo a desarrollar nuevas conexiones nerviosas. Llevó más de un año de arduo trabajo llegar tan lejos, y ahora puede caminar distancias cortas incluso cuando la prótesis está apagada. Y todo esto es más de una década después de que sufriera la lesión paralizante en la espalda.

Por prótesis, nos referimos a una mochila de electrónica que recibe señales del cerebro del hombre, su corteza cerebral, determina el movimiento que estaba tratando de hacer y luego envía señales a sus músculos a través de generadores de pulso conectados a su espalda baja, para lograrlo. movimienot. La prótesis repara eficazmente la ruptura de su médula espinal, enviando mensajes que de otro modo no se transmitirían, lo que le permite moverse por sí mismo nuevamente.

La prótesis incluye el implante en su cerebro así como los generadores de señales.

Aunque utiliza alguna tecnología que ya existe, este no es un kit listo para usar. El intrépido paciente, el holandés Gert-Jan Oskam, se ofreció como voluntario para que le cortaran dos agujeros de cinco centímetros (dos pulgadas) en el cráneo para colocar un par de implantes cerebrales permanentes que se colocarían sobre regiones emparejadas de su corteza motora. La medición y el estudio cuidadosos mostraron a los investigadores que estas eran las regiones que solían controlar los músculos de la cadera y las piernas.

Los implantes son unidades WIMAGINE, cuyos inventores los llaman ElectroCorticoGrams. Estos se sientan encima de la duramadre, la membrana protectora que rodea el cerebro, de modo que en realidad no están en contacto directo con la materia gris. Eso significa que deberían ser seguros para la implantación a largo plazo. Que más vale que lo sean, porque están montados sobre placas de titanio tan gruesas como el hueso del cráneo.

Resumen... El diseño, la tecnología y la implantación de la BSI, tal y como se detalla en el estudio de Nature. Crédito: Lorach et al. Click para agrandar

Su humilde buitre aquí en el escritorio de The Reg FOSS fue el mes pasado el afortunado receptor de más de 30 nuevos implantes no cerebrales en su propio esqueleto, en este caso, en su antebrazo derecho. Estos, como la mayoría de los clavos y placas para huesos rotos, están hechos de acero quirúrgico, un material con una superficie muy lisa. El titanio, como el aluminio, tiene una capa superficial porosa de metal oxidado para que crezca el hueso. Los implantes de acero quirúrgico se pueden quitar de nuevo con bastante facilidad si ya no se necesitan, mientras que los de titanio suelen estar allí para siempre.

Para transmitir las señales de la corteza cerebral fuera de su cráneo, Oskam debe usar un par de transmisores-receptores sobre los implantes. Estos están montados en una diadema y se asemejan a un par de auriculares que se colocan en la parte superior de su cabeza.

Cada par contiene dos antenas: una alimenta los electrodos de forma inductiva, a través de una señal de alta frecuencia, y la otra recibe datos de los electrodos a través de UHF. Recogen los impulsos nerviosos de su corteza motora y los envían a través de un cable a una computadora portátil en su mochila, que interpreta las señales, determina qué parte del cuerpo está tratando de mover y genera impulsos nerviosos simulados para controlar su cadera y músculos de las piernas

Otro implante, derivado de una unidad de estimulación cerebral profunda Activa RC y un electrodo Specific 5-6-5 ubicado dentro de la columna vertebral de Oskam junto a su médula espinal, transmite las señales nerviosas sintéticas a la región lumbar de su médula espinal, donde la médula espinal los nervios se ramifican a sus piernas. A partir de ahí, las señales del nervio artificial viajan por sus nervios espinales, hacia los músculos anteriormente paralizados, lo que le permite ponerse de pie, dar pasos hacia adelante, mover los tobillos para levantar los pies según sea necesario para despejar las obstrucciones. Después de muchas sesiones de práctica y rehabilitación, no solo es capaz de caminar en terreno llano con muletas, sino incluso de subir escaleras o una rampa.

Varios aspectos de la investigación son especialmente dignos de mención. Una es que este no es el primer tratamiento experimental para el que Oskam se ha ofrecido como voluntario. También participó en un experimento anterior, en el que los electrodos en sus piernas estimularon directamente los músculos de sus piernas. En combinación con férulas ortopédicas en la parte inferior de las piernas para sujetar los tobillos y mantener los pies rectos, este tratamiento anterior le permitió caminar distancias cortas sobre una superficie plana, pero eso fue todo.

A pesar de mucha terapia y práctica, no pudo hacer más que esto. Aunque el equipo esperaba que pudiera ayudar a recuperar más funcionalidad, no sucedió.

En segundo lugar, con el nuevo sistema, su control y equilibrio son tan buenos que el equipo de la universidad construyó una versión especial e independiente del BSI. Mientras que la versión de laboratorio está parcialmente ubicada en una mochila y le permite caminar con muletas, esta es una versión para llevar a casa: se monta en un andador con ruedas, lo que le permite usarlo fuera del laboratorio.

En tercer lugar, y quizás lo más alentador de todo, desde que ha estado usando el BSI, ha recuperado parte de la función y el movimiento perdidos en sus piernas, algo que, lamentablemente, el experimento anterior no ayudó. Los videos en el artículo de Nature muestran que en los primeros días del sistema, apagar el implante lo dejaba inmovilizado, literalmente incapaz de dar otro paso.

Sin embargo, ahora puede caminar distancias muy cortas sin la ayuda de la prótesis. Eso sugiere que con el uso regular durante un período prolongado, se están reformando nuevas conexiones en su médula espinal y restableciendo las conexiones con su cerebro.

Esto lo confirman trabajos anteriores, como este estudio de 2020 que descubrió que la estimulación artificial con el mismo tipo de matriz de electrodos espinales ayudó a regenerar las conexiones. La diferencia en el nuevo estudio es el origen de las señales: escanear directamente la corteza motora en tiempo real.

Estos son días muy tempranos. El BSI no está enviando los impulsos nerviosos interrumpidos originales: el hardware está generando sus propios impulsos nerviosos artificiales, tratando de simular los que ya no pasan por su médula espinal dañada. Además, este no es un enlace bidireccional: no puede transmitir impresiones sensoriales a su cerebro.

Este escriba del Registro tiene amigos con lesiones en la columna, quienes le dijeron que aprender a caminar después se compara con caminar sobre zancos: cuando no puedes sentir tus piernas, es sustancialmente más difícil.

Por ahora, esta investigación se lleva a cabo en un solo voluntario valiente, y lo felicitamos por someterse a una cirugía mayor y muy invasiva, por el bien de la ciencia y para ayudar a los demás. Si bien ya ha mejorado su calidad de vida, principalmente está ayudando al equipo académico a desarrollar la tecnología.

Junto con otras investigaciones, que por ejemplo reducen el costo de los exoesqueletos para ayudar a las personas paralizadas a pararse y caminar, algunas de las promesas de ciencia ficción de soluciones tecnológicas para dañar nuestros frágiles sacos de carne parecen comenzar a hacerse realidad. ®

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