La misma tecnología que en la actualidad se utiliza para supervisar la epilepsia está siendo adaptada para convertirla en una interfaz neuronal para las personas con parálisis o discapacidad motora causadas por enfermedades neurodegenerativas. Neurolutions, una startup con sede en St. Louis, está desarrollando un pequeño dispositivo implantable que traduce las señales registradas en la superficie del cerebro en comandos de ordenador.

El dispositivo se basa en la electrocorticografía (ECoG), a partir de la cual una red de electrodos se implantan quirúrgicamente sobre la superficie del cerebro para así vigilar la actividad eléctrica. Esta tecnología se utiliza actualmente con los pacientes de epilepsia incontrolada para intentar hallar el origen de los ataques y poder planear las intervenciones quirúrgicas. Sin embargo Eric Leuthardt y Dan Moran, de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, así como Gerwin Schalk en el Centro Wadsworth de Albany, Nueva York, están desarrollando una versión mucho más reducida que se podría implantar a largo plazo y permitiría a los pacientes paralizados poder controlar ordenadores y, quizás, miebros prostéticos y otros dispositivos.

“Tenemos muchísimo interés en este tipo de señales porque realmente suponen una nueva forma de obtener información del cerebro humano,” afirma Schalk. “Lo mejor acerca de las ECoG es que cubren un área que ningún otra tecnología de sensores han podido cubrir con anterioridad.”

La mayoría de los intentos para construir interfaces neuronales se han enfocado bien en la electroencefalografía (EEG), un tipo de tecnología no invasiva que registra la actividad cerebral en el cuero cabelludo, o bien en la implantación de electrodos en el cerebro. Las ECoG representan un punto intermedio entre estos dos métodos: registran la actividad directamente del cerebro, con lo que se puede alcanzar un mayor nivel de control que con las EEG, que son susceptibles de sufrir distorsiones puesto que las señales viajan a través del cráneo y el paciente puede moverse. Además, la posición de las ECoGs en la superficie del cerebro ocasionan menos problemas de salud que los electrodos que penetran el tejido cerebral.

Dado que las ECoG se utilizan con los pacientes de epilepsia, los investigadores ya han logrado llevar a cabo experimentos de prueba de principio a una escala más alta de la que se ha efectuado con otro tipo de tecnologías invasivas. Una serie de tests en más de 20 pacientes han demostrado que pueden aprender rápidamente a mover un cursor sobre la pantalla de un ordenador utilizando la actividad cerebral. En primer lugar, los investigadores le piden a los pacientes que imaginen que llevan a cabo una acción determinada, tal como mover el cursor a la izquierda. Después identifican los cambios que se dan en la frecuencia de las señales eléctricas que se relacionan con ese movimiento y utilizan dichos cambios para controlar el ordenador. El paciente acaba aprendiendo a controlar su actividad cerebral de forma más precisa y, como resultado, es capaz de realizar la tarea de forma más fiable en media hora.

“A partir de unos esfuerzos de aprendizaje mínimos, hemos sido capaces de afinar y entrenar al sistema para que reconozca los comandos más simples, como ‘arriba’, ‘abajo’, ‘izquierda’ y ‘derecha’,” afirma Shawn Lunney, director de Neurolutions. Lunney opina que los pacientes pueden llegar a controlar el cursor de un ordenador con aproximadamente un 80 por ciento de precisión.

“Con los resultados de nuestros estudios, pensamos que tenía sentido desarrollar la compañía y la propiedad intelectual de forma paralela junto a unos implantes que verdaderamente suponen una nueva generación,” afirma Leuthardt, neurocirujano y antiguo ganador de TR100 que sigue llevando a cabo sus estudios con pacientes. Espera que sean capaces de conseguir y de demostrar un control tridimensional, lo cual sería un requisito mínimo para el control más básico de un brazo prostético.

Los investigadores ya han desarrollado un prototipo preliminar que es mucho más pequeño en tamaño que el dispositivo de ECoG que se utiliza con los pacientes de epilepsia. Mientras que los sistemas de vigilancia de ataques requieren que los electrodos cubran una gran parte de la superficie del cerebro, las interfaces neuronales funcionan a partir de las señales que se registran únicamente en una pequeña área del cerebro. Aunque los procedimientos quirúrgicos para la implantación de las ECoG requieren la extracción de una larga porción del cráneo, se podría desarrollar una tecnología más compacta que sólo necesitase un único y reducido agujero craneal.

Moran está realizando pruebas con el dispositivo más pequeño, aproximadamente del tamaño de tres o cuatro monedas de un cuarto de dólar, en monos para determinar su potencial a largo plazo, así como los parámetros óptimos para la creación de una interfaz neuronal basada en ECoG. Por ejemplo, los investigadores necesitan poder determinar el número de electrodos que se pueden comprimir en el espacio más reducido posible y aún así ser capaces de registrar la suficiente cantidad de información independiente del cerebro como para controlar un brazo prostético con múltiples grados de libertad. (El hombro tiene tres grados de libertad, y el codo dos, siendo todos estos grados controlados por señales independientes en el cerebro.)

Uno de los grandes problemas a la hora de desarrollar prótesis neuronales es la creación de dispositivos que puedan registrar las señales del cerebro de forma fiable y a largo plazo. Los electrodos que se implantan en el cerebro normalmente funcionan bien sólo de seis a doce meses puesto que el sistema inmunológico los ataca, encapsulándolos en tejido y degradando la calidad de la señal registrada. (No obstante, se han dado casos de electrodos que han durado durante años.)
 
“Lo que realmente nos gustaría es que estos dispositivos durasen una década, aunque lo mínimo serían de tres a cinco años,” señala Moran. Hasta ahora, los pequeños dispositivos de ECoG han sido implantados en monos durante aproximadamente ocho meses, por lo que no es posible aún comparar la durabilidad a largo plazo y la seguridad de este método con la de los electrodos que se implantan a más profundidad en el cerebro. Moran cree que puesto que el dispositivo no penetra el tejido cerebral, esto hará que sea menos susceptible de ser atacado por el sistema inmunológico.

“Finalmente la cuestión es si seríamos capaces de lograr una alta calidad en el registro de información a largo plazo,” afirma Joseph Pancrazio, director de programas en el Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas y Derrames, una agencia financiada por el gobierno en Bethesda, Maryland, y que no estuvo involucrada en la investigación. “Aún no es posible llevar a cabo un juicio completo.” Pancrazio también cuestiona si el procedimiento es realmente menos invasivo que los implantes de electrodos en el cerebro, una técnica que se emplea a nivel clínico para la estimulación intensiva del cerebro, un tratamiento para la enfermedad de Parkinson.

El siguiente paso para Neurolutions es la construcción de un prototipo para realizar pruebas clínicas. Lunney cree que la compañía podría disponer de un prototipo funcional para el año próximo o en 15 meses. En este prototipo, los electrodos implantados enviarían señales inalámbricas a un dispositivo externo, quizá con forma de sombrero o cinta para la frente, que a su vez proporcionaría la energía para el funcionamiento de los componentes internos e interpretaría la información que llega de ellos. “Ya hemos conseguido este tipo de comunicación inalámbrica,” afirma Lunney. “El reto consiste en convertir todo en un pequeño paquete electrónico que quepa dentro de otro paquete de 19 por 7 milímetros de tamaño.”