Cerebro Bionico

Cerebro biónico: científicos australianos impulsan su construcción

Científicos en EU crean el primer brazo biónico controlado por la mente

La idea es implantar chips electrónicos en las regiones relevantes del cerebro para grabar la actividad neural. Entonces un decodificador descifra las comunicaciones neurales, a menudo entre miles de neuronas, para descubrir qué es lo que el cerebro quiere que el cuerpo haga. Estos mensajes deben entonces transmitirse, inalámbricamente, a electrodos que envían un pulso eléctrico para estimular los músculos. Tales chips cerebrales ya se encargan de restaurar la audición a los sordos y la visión a los ciegos, y ayudan a evitar ataques de epilepsia. La idea no es tan lejana como podría sonar.

Cada pequeño progreso en derrotar la parálisis fue conquistado con esfuerzo. Una de las primeras demostraciones emergió en 2003, cuando José Carmena, entonces en la Universidad de Duke, tuvo éxito en la creación de una interface entre cerebro y máquina. Lo que permitió a sus monos de laboratorio jugar en la computadora usando sólo sus mentes.

Para ganar su recompensa, los monos debían mover el cursor, inicialmente con un joystick, para acertarle a un blanco en la pantalla. De antemano, Carmena y sus colegas implantaron varios chips que cubrían completamente los lóbulos parietal y frontal de los cerebros de los monos (regiones que se sabe planean y controlan el movimiento). Cada chip contenía 64 electrodos, que grabaron la actividad de las neuronas circundantes mientras los monos manipularon el joystick.

Una vez que el sistema decodificó con éxito el parloteo neuronal, el programa dejó de responder al movimiento del joystick. Entonces, recayó únicamente en los pensamientos del mono para controlar el cursor. Eventualmente hasta los animales lo comprendieron y dejaron de sostener el joystick para completar la tarea.

Manipular un cursor en una pantalla es una cosa, pero el hecho de que tales chips cerebrales puedan traducir áreas complejas de la vida diaria es otra. Eso permaneció como una pregunta abierta hasta 2004. Ese año, John Donoghue y sus colegas de Cyberkinetics en Providence, implantaron un chip de cien electrodos en el cerebro de un hombre de 25 años de edad, conocido como MN. Él tenía el lado izquierdo del cuerpo paralizado del cuello hacia abajo por una herida de cuchillo.

En los siguientes nueve meses, MN usó el chip BrainGate satisfactoriamente para abrir emails, manejar un televisor e inclusive controlar un brazo robot. Fue un paso prometedor, pero la tecnología estaba lejos de la perfección. “Aunque BrainGate funcionó bien de muchas maneras, por momentos el control no era satisfactorio”, dice Donoghue. Para el final de la prueba, los fluidos cerebrales habían deteriorado el chip. El equipo está ahora resolviendo esos problemas, y este año anunció el comienzo de una prueba clínica para una versión mejorada del chip.

La mayor esperanza para muchas personas que sufren de parálisis es recuperar el movimiento en sus propias extremidades. Hasta el experimento de Fetz el año pasado, nadie había usado exitosamente un implante para puentear una conexión rota entre el cerebro y el cuerpo. Pruebas de estimulación eléctrica funcional (FES, por su sigla en inglés), en las que unos electrodos implantados directamente estimulan los músculos, señalan que esto podría ser posible. Pero estos impulsos han sido activados por disparadores externos, tal como un interruptor controlado por uno de los miembros sanos del paciente, en lugar de señales cerebrales.

No sólo el trabajo de Fetz demostró que la electrónica puede desenredar señales neuronales y transmitir instrucciones a las extremidades utilizando FES. También demostró que el cerebro hace que el trabajo sea más sencillo de lo que se podía anticipar. A pesar de que las neuronas conectadas al chip no controlaron naturalmente la muñeca, en poco tiempo se adaptaron a la tarea y dominaron acciones complejas. “Todas las neuronas se pueden usar igualmente bien para controlar a pesar de su asociación original al movimiento”, dice Chet Moritz, miembro del equipo.

Eso puede tener una implicación importante para los humanos que esperan usar implantes similares en el futuro. “Eso subraya la impresionante flexibilidad del cerebro para adaptarse a nuevas conexiones, las cuales pueden jugar un rol importante permitiendo que los pacientes adopten prótesis neurales”, declara.

¿Puede funcionar el mismo enfoque en humanos? No parece haber obstáculos fundamentales, y Donoghue planea confrontar la proposición en las nuevas pruebas de BrainGate, usando su chip para controlar una extremidad utilizando FES. Si funciona, representará un hito en el desarrollo de tales tratamientos.

No obstante, es poco probable que la estimulación directa de los músculos con el FES llegue a ser la solución definitiva. Este enfoque directo usa corriente eléctrica relativamente poderosa aplicada a grandes áreas de tejido, lo que produce movimientos torpes. Algunos declaran que un método más elegante es enviar el impulso a través de los nervios sanos que existen. Eso puede requerir corrientes locales más pequeñas, enviadas con mayor precisión a regiones específicas del tejido muscular, que deberían permitir un control más delicado.

Coordinación.

Como bonus, la estimulación nerviosa podría simplificar algunas de las exigencias que se le imponen a un chip. Para varias actividades rítmicas, como respirar y caminar, el cerebro simplemente envía una señal de comando y son los sistemas internos de la médula espinal los que orquestan los movimientos finos de cada músculo. Si las secciones dañadas de médula espinal mantienen su capacidad de controlar el movimiento, el chip electrónico puede transmitir la señal cerebral saltando la conexión rota pero dejar la organización muscular a la médula. En ese caso, un chip solamente enviaría el mensaje a un segundo dispositivo implantado en la médula debajo del lugar de la interrupción, que se encargaría de continuar el estímulo.

Eso podría “simplificar dramáticamente las señales de control necesarias del cerebro”, dice Moritz, dado que para estas tareas repetitivas el chip cerebral podría decodificar y transmitir sólo un comando englobador. Tal simplificación debería disminuir la propensión a fallar de los chips (algo importante, dado que

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