Foto: En un importante avance  para reanimar un brazo real, un paciente con un chip cerebral fue capaz de controlar un modelo informático de un brazo simplemente con pensar en su movimiento.

Los médicos intentarán reanimar el brazo paralizado de un paciente mediante una cirugía pionera que implica capturar señales de su cerebro y devolver el movimiento a través de una fina red de electrónica enlazada con los músculos del brazo.

Este nuevo proyecto, planeado por investigadores de la Universidad Case Western Reserve (EEUU), usarán una interfaz cerebro-ordenador (BCI por sus siglas en inglés) desarrollada por investigadores de la Universidad de Brown y el Hospital General de Massachusetts (ambos en EEUU). En anteriores trabajos los pacientes han usado esta interfaz para controlar un cursor o un brazo robótico.

El nuevo proyecto usará esta misma tecnología para controlar el brazo real del paciente mediante un sistema denominado estimulación eléctrica funcional (FES por sus siglas en inglés). Éste envía señales a hasta 18 músculos del brazo y la mano para permitir al sujeto, que está paralizado del cuello hacia abajo, llevar a cabo tareas como comer o rascarse la nariz.

"Ésta será la primera vez que alguien engancha una BCI a un dispositivo FES", afirma el neurocientífico de la Universidad Washington en San Luis (EEUU) Daniel Moran, que no está relacionado con el estudio. "Están armando el sistema completo". La cirugía podría tener lugar este año o el próximo según los investigadores de Case Western.

La tecnología de activación de músculos ya lleva tiempo probándose en pacientes paralíticos. Varios pacientes pueden hacer cosas como pulsar un botón para activar músculos en sus piernas paralizadas para ponerse de pie, e incluso desplazarse con ayuda de un andador, gracias a que las piernas se pueden poner tiesas y avanzar. Si el paciente no cuenta con el uso de las manos, la activación de los músculos paralizados puede dispararse mediante movimientos que el paciente es capaz de controlar en el brazo, mejilla o cuello. Este nuevo proyecto usará el propio cerebro para enviar estas señales.

En el centro del nuevo dispositivo está el implante cerebral, una pequeña sonda de cuatro milímetros de lado con 96 electrodos como pelos que penetran 1,5 milímetros en una parte del córtex motor que controla los movimientos de los brazos. El implante recoge los impulsos de decenas de neuronas que se corresponden con la intención de moverse del paciente.

Preparándose para reconectar los músculos reales del brazo, los investigadores han demostrado hace poco que el chip cerebral puede controlar una representación virtual de esos músculos del brazo. Este ensayo clínico, que aún está en marcha, recibe el nombre de BrainGate2.

Cuando las señales del cerebro corresponden a una instrucción para mover algo, el algoritmo traduce esos impulsos en contracciones cuidadosamente coordinadas de hasta 18 músculos, basándose en el modelo del movimiento de esos músculos y los grados de libertad del brazo.

"El paciente piensa 'arriba y a la derecha', y tenemos un controlador que conoce las activaciones correctas de músculos para moverse en esa dirección", explica el principal investigador del proyecto y presidente de ingeniería biomédica en Case Western además de director del Departamento de Asuntos para Veteranos del Centro de Estimulación Eléctrica Funcional, Robert Kirsch.

La versión actual de ese modelo incluye 29 músculos, divididos en 138 elementos de músculo y 11 articulaciones. En una pantalla, el paciente ve una imagen del brazo virtual y trabaja para generar las órdenes del cerebro que acaban por mover el brazo virtual para tocar un punto rojo y que se vuelva verde.

El neurólogo del Hospital General de Massachusetts y profesor asociado de ingeniería en la Universidad de Brown y uno de los líderes de la investigación subyacente en el proyecto, Leigh Hochberg, afirma que el experimento con el brazo virtual, que se llevó a cabo en 2011, fue un hito clave. Eso, junto con avances recientes en experimentos en monos "nos animan a pensar que el objetivo [conectar chips cerebrales con estimulación muscular] está a nuestro alcance".

Aunque el experimento tenga éxito, el brazo reanimado no tendrá la posibilidad de transmitir una sensación de tacto a su dueño. En una serie separada de experimentos, investigadores de Case Western están probando un sistema que proporciona una sensación de tacto gracias a sensores en una mano ortopédica conectados con nervios periféricos del brazo del paciente. En teoría, este feedback sensorial también se podría enviar directamente al cerebro.

Los neurocientíficos también están trabajando en mejores implantes cerebrales. Las interfaces actuales usadas en el proyecto básicamente recogen la intención de mover algo en determinada dirección de alguien. Las próximas generaciones recogerán las órdenes de movimientos de músculos más naturales del propio cerebro, una tarea que supone un mayor desafío pero promete un control más realista. Otro avance que se está desarrollando es una interfaz inalámbrica entre el conector del cráneo y el sistema que lee e interpreta las señales del cerebro.