Foto: Un implante colocado sobre un modelo de silicio de un cerebro de primate. Crédito: Alain Herzog (EPFL).

Avance

Interfaces electrónicas cerebro-cuerpo inalámbricas para saltarse los daños al sistema nervioso.

Por qué importa

Miles de personas sufren lesiones paralizantes cada año.

Actores claves

- Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza)

- Centro Wyss de Bioingeniería y Neuroingeniería (Suiza)

- Universidad de Pittsburgh (EEUU)

- Universidad Case Western Reserve (EEUU)

Disponibilidad

De 10 a 15 años

"¡Vamos, vamos!". Eso era lo único que pasaba por la mente de Grégoire Courtine. Este neurocientífico francés observaba a un macaco mientras se encorvaba agresivamente al final de una cinta andadora. Su equipo había seccionado parcialmente la columna vertebral del animal con un bisturí para paralizar su pierna derecha. Courtine quería demostrar que podía lograr que el mono caminara de nuevo. Para ello, su equipo había instalado un dispositivo de grabación dentro de su cráneo, en contacto con su corteza motora, y había suturado un par de electrodos flexibles en la zona de la columna vertebral, por debajo de la lesión. Ambos dispositivos electrónicos estaban conectados inalámbricamente.

El resultado: un sistema que leía la intención motriz del mono y la transmitía inmediatamente en forma de descargas de eléctricas a su columna vertebral. Poco después, la pierna del mono empezó a moverse. Se extendía y se flexionaba, y dio unos titubeantes pasos. "El mono pensaba, y ¡bam!, andaba", recuerda eufórico Courtine, que es profesor de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza).

En los últimos años, varios animales de laboratorio y algunas personas han logrado controlar cursores de ordenador y brazos robóticos con sus pensamientos gracias a implantes cerebrales conectados a máquinas. Ahora los investigadores quieren revertir la parálisis de una vez por todas. Están conectando la tecnología de lectura cerebral de manera inalámbrica con estimuladores eléctricos colocados sobre el cuerpo. Este sistema da lugar a lo que Courtine llama "un baipás neuronal" para que los pensamientos de la gente puedan mover de nuevo sus extremidades.

En la Universidad Case Western Reserve en Cleveland (EEUU), un tetrapléjico de mediana edad permitió que los médicos colocasen dos implantes de grabación en su cerebro, similares a los que Courtine empleó en los macacos. Hechos de silicio, y más pequeños que un sello postal, los implantes integran cientos de sensores de metal del tamaño de un pelo que pueden "escuchar" las órdenes procedentes de las neuronas.

Para completar el baipás, el equipo de la Universidad Case Western Reserve, liderado por Robert Kirsch y Bolu Ajiboye, también introdujo más de 16 finos electrodos en los músculos del brazo y de la mano del voluntario. En los vídeos del experimento se ve cómo el voluntario levanta gradualmente el brazo con la ayuda de un reposabrazos, y abre y cierra la mano. Hasta se acerca un vaso con pajita a los labios. Pero sin el sistema no puede hacer nada de eso.

Intente sentarse encima de su mano durante un día y se hará una idea de las devastadoras consecuencias de una lesión medular. Uno no se puede rascar la nariz ni revolverle el pelo de un niño. "Pero si tienes esto", señala Courtine mientras alarga la mano para levantar una taza roja y acercársela a la boca con unos exagerados movimientos de actor, "tu vida cambia", sentencia.

Foto: Grégoire Courtine sujeta las dos piezas principales de la interfaz cerebro-columna vertebral. Crédito: Hillary Sanctuary (EPFL).

Los resultados del equipo de la Universidad Case Western Reserve, cuyo trabajo será publicado próximamente en una revista médica, forman parte de un esfuerzo más amplio para utilizar electrónica implantable para restaurar varios sentidos y capacidades. Además de tratar la parálisis, los científicos esperan emplear las llamadas prótesis neuronales para revertir la ceguera con chips colocados en el ojo, y tal vez restaurar los recuerdos perdidos a manos del alzhéimer (ver Implantes de memoria).

Los investigadores saben que podría funcionar. Considere los implantes cocleares, que emplean un micrófono para transmitir señales directamente al nervio auditivo, esquivando de paso las partes no funcionales del oído interno. Vídeos de incrédulos niños sordos que escuchan la voz de sus madres por primera vez se vuelven virales en internet cada mes. Se han tratado más de 250.000 casos de sordera mediante esta técnica.

Foto: En este vídeo producido por investigadores de la EPFL, un mono con una lesión de médula que paralizó su pierna derecha vuelve a andar. Crédito: Cortesía de la Escuela Politécnica Federal de Lausana.

Pero convertir las prótesis neuronales en algo que ayude a la gente paralizada es más difícil. Un paciente utilizó por primera vez un sensor cerebral para desplazar un cursor de ordenador en pantalla allá por 1998. Pero ni esta ni otras espectaculares hazañas de control cerebral han sido capaces de encontrar algún uso práctico más amplio. La tecnología sigue siendo demasiado radical y compleja para que salga del laboratorio. "¡Veinte años de trabajo y nada en la clínica!", exclama Courtine, apartándose el pelo de la frente. "Seguimos ampliando los límites, pero es importante preguntarse si todo este campo de investigación conseguirá desarrollar productos algún día", detalla el investigador.

"La gente preferiría recuperar sus capacidades cotidianas. Quiere ser reanimada ".

El laboratorio de Courtine está en un edificio de vidrio y acero en Ginebra (Suiza) que también aloja un centro de casi 1000 millones de euros que el multimillonario suizo Hansjörg Wyss fundó específicamente para resolver los retos técnicos de neurotecnologías como el baipás de médula. El centro está contratando expertos de distintas áreas, como fabricantes de dispositivos médicos y relojeros suizos, y ha equipado las pulcras salas donde se imprimen alambres de oro dentro de electrodos flexibles que pueden estirarse igual que el cuerpo humano.

Foto: Un primer plano de un chip lector cerebral repleto de electrodos. Crédito: Alain Herzog (EPFL), cortesía del Centro Wyss.

Foto: Electrodos flexibles desarrollados para estimular la columna vertebral. Crédito: Alain Herzog (EPFL), cortesía del Centro Wyss.

El director del centro es John Donoghue, un estadounidense que lideró los primeros avances de los implantes cerebrales en Estados Unidos y que emigró a Ginebra hace dos años. Ahora intenta concentrar los enormes recursos y los talentos técnicos (experimentados neurocientíficos, tecnólogos, médicos…) necesarios para desarrollar sistemas comercialmente viables.

Entre las primeras prioridades de Donoghue se cuenta una "neurocam", un dispositivo inalámbrico y ultracompacto que puede recopilar datos del cerebro a velocidades de internet. "Una radio dentro de tu cabeza", lo llama Donoghue, y "el comunicador cerebral más sofisticado del mundo". Los prototipos del tamaño de una caja de cerillas están hechos de titanio biocompatible con una ventana de zafiro. Courtine utilizó una versión anterior y más grande en sus pruebas con monos.

A pesar de lo complejas que son, y lo lentos que han sido los progresos hasta ahora, merece la pena seguir luchando por conseguir baipases neuronales. Los pacientes los quieren, afirma Donoghue. El experto afirma: "Pregúntale a alguien si le gustaría poder mover sus propios brazos. La gente preferiría recuperar sus capacidades cotidianas. Quiere ser reanimada".

Foto: Un modelo de un dispositivo de neurocomunicaciones inalámbricas colocado sobre un cráneo. Crédito: Alain Herzog (EPFL), cortesía del Centro Wyss.

Hitos de los baipases neuronales

1961

El físico e inventor William F. House prueba el primer implante coclear para restaurar la audición. Los dispositivos beneficiarán a más de 250.000 personas.

1998

Unos médicos instalan un único electrodo dentro del cerebro de un hombre paralizado incapaz de hablar que después utiliza para comunicarse mediante ordenador.

2008

Las señales procedentes del cerebro de un mono son enviadas por internet desde Estados Unidos a Japón, donde logran que un robot ande sobre una cinta mecanizada.

2013

Los reguladores estadounidenses aprueban un "ojo biónico" comercializado por la empresa Second Sight. Utiliza un chip que se injerta en la retina para esquivar los fotorreceptores dañados.

2014-2015

Unos médicos de Ohio (EEUU) intentan "reanimar" el brazo de dos hombres paralizados distintos. Los pensamientos de cada hombre son transmitidos a electrodos colocados en sus brazos, provocando que sus manos se abran y cierren.

2016

Nathan Copeland, de 28 años, opera una mano robótica que, mediante un implante cerebral, le permite "sentir" sus dedos. Realiza choca sus puños con el presidente Barack Obama durante una visita presidencial al laboratorio radicado en Pittsburgh (EEUU).

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