La aplicación de los implantes cerebrales (IC) hace parecer que las interacciones entre hombre y máquinas están cada vez más cerca de convertirse en una novela de Isaac Asimmov. Sin embargo, son el presente y una oportunidad para muchas personas que se benefician de sus posibilidades. Por otro lado, personas con tetraplejia o con la enfermedad de Parkinson, son solo algunos de los que ven en esta tecnología una esperanza de recuperar su calidad de vida.
¿Qué son los implantes cerebrales?
Los implantes cerebrales (IC) son una forma quirúrgica de posicionar electrodos directamente en el tejido encefálico.
Tienen el fin de captar las señales eléctricas derivadas de las sinapsis de grupos de neuronas determinados o bien de estimular directamente las conexiones neurales (Vansteensel et al., 2016).
Existen diferentes formas de IC, desde microchips de silicio, con cientos de electrodos en forma de agujas del grosor de un cabello, hasta los más recientes hechos con fibras de polímeros, por ejemplo.
Tipos de implantes cerebrales
A grandes rasgos, podríamos dividir los IC en dos grupos:
- Implantes receptores, cuyo único fin es el de recoger y transmitir la información derivada de la actividad cerebral.
- Implantes estimuladores, que transmiten información en forma de impulsos eléctricos directamente sobre el tejido encefálico.
Aplicaciones de los implantes cerebrales
Las aplicaciones de los IC no se limitan solo a las BCIs. Como veremos más adelante, se está utilizando dicha técnica en diversos ámbitos. Esta tecnología es una forma tanto de administración de terapias paliativas para síntomas de enfermedades neurodegenerativas, como la recuperación de capacidades motrices.
Aplicación de los implantes cerebrales en el ámbito clínico
En la Universidad de Utah (EE. UU.), Hochberg y su equipo han desarrollado Brain Gate, un IC de silicio de 98 electrodos. Este IC, colocado en las zonas de control motriz del cerebro, está permitiendo a personas con tetraplejia, a través de una BCI, controlar entornos informáticos e incluso brazos mecánicos (Hochberg et al., 2012).
Como resultado, aquellos con daño cerebral severo tienen la oportunidad de lograr un manejo del entorno completamente nuevo.
Otra forma de intervención con ICs es la estimulación directa del cerebro con técnicas como la estimulación cerebral profunda (deep brain stimulation, DBS, en inglés).
Este tipo de IC se utiliza, por ejemplo, para el tratamiento de síntomas motrices involuntarios.
La técnica busca corregir o bloquear actividad anómala en el cerebro.
En otras palabras, el IC es insertado en la zona cerebral específica relacionada con los síntomas que se pretenden tratar.
Consecuentemente, se programa para emitir una serie de impulsos eléctricos regulares, bloqueando o modificando la actividad neuronal en la región concreta. Es por ello que la DBS se está utilizando en el tratamiento de los síntomas motrices involuntarios en el párkinson con resultados asombrosos.
Aplicación de los implantes cerebrales: Recuperación de funciones motrices
Hasta ahora, uno de los métodos más extendidos para restablecer el funcionamiento parcial de alguna extremidad había sido la estimulación eléctrica muscular directa.
Esto es, a través de la comunicación entre los ICs en las zonas de control motriz del cerebro, y un estimulador eléctrico situado, sobre la piel, en la extremidad. Con ello, es posible conseguir la contracción de los músculos del antebrazo y llevar a cabo la acción de cerrar el puño.
Este método permite recrear y recuperar funciones simples como la contracción de los músculos del para sujetar cosas con las manos. Aunque, si bien es cierto, las funciones recuperadas son muy limitadas y no provee especificidad en acciones que requieren de motricidad fina.
¿Recuperar movilidad?
No obstante, intentar recuperar funciones más complejas, como caminar, requiere de una serie de secuencias de contracciones musculares en ambas extremidades. Por lo que sería altamente complejo reproducir estos patrones con estimulación muscular directa.
Aquí es donde entra Capogrosso y su equipo, quienes desarrollaron una interfaz cerebro-espinal.
A través de un IC enviaron información desde la corteza motora del cerebro a un receptor insertado en la zona lumbar.
De esta manera, el receptor emitía estimulación eléctrica espinal directa con la información proveniente del IC.
En otras palabras, la estimulación directa a las fibras neurales espinales recreaba los complejos patrones de contracciones musculares requeridos para caminar. Así, los macacos del estudio recuperaron la habilidad de caminar tras varios días de haber hecho los implantes (Capogrosso et al., 2016).
Comunicación por interfaces cerebro a cerebro
La telepatía parece ahora más cerca de la ciencia que de las novelas o historias paranormales. Pais-Vieira y su equipo, desarrollaron un IC que generaba una interfaz cerebro a cerebro (brain to brain interface, BTBI, en inglés). Esta técnica permite transmitir información directa de actividad entre dos cerebros.
Con lo anterior, hicieron un experimento en el que una rata (codificadora) realizó una tarea sensoriomotora de selección entre dos opciones de estímulos táctiles o visuales a cambio de una recompensa.
Su actividad cerebral fue registrada y transmitida a una segunda rata receptora (decodificadora).
Del mismo modo, esta segunda rata recibió estimulación cerebral directa en las mismas zonas donde se recogía dicha información en la rata codificadora.
La rata decodificadora aprendió a hacer selecciones similares guiada, únicamente, por la información proporcionada por el cerebro de la rata codificadora (Pais-Vieira et al., 2013).
¿Qué podemos esperar de los implantes cerebrales?
Recientemente, el magnate de Silicon Valley, Elon Musk, reveló los avances de su más reciente proyecto, el Neuralink. Del mismo modo, el propósito de este IC es el de sacar los beneficios derivados de los ICs del laboratorio y ponerlos al servicio de todos.
Así pues, el IC cuenta con electrodos de apenas una décima del grosor de un cabello humano, insertados en el cerebro por un robot especializado para esta tarea. Y, detrás de la oreja se situaría el transmisor de la información recogida, la cual sería enviada a un receptor que puede ser incluso un teléfono móvil.
Básicamente, la idea es poner al servicio del usuario promedio una forma de BCI basada en IC.
Conclusión
En resumen, los nuevos avances en tecnología de implantes cerebrales nos abren las puertas de un posible futuro para las BCI y los tratamientos de estimulación cerebral directa. Sin embargo, siguen teniendo obstáculos muy relevantes, el más importante, su carácter invasivo.
Ciertamente, esta técnica es mucho más específica y eficaz en cuanto a sus aplicaciones clínicas. Es decir, sus posibilidades son incomparables con respecto a las técnicas no invasivas. Y, además, son mucho más susceptibles de llegar al público en forma de tecnología cotidiana.
Finalmente, se está intentando reducir al mínimo el riesgo de someterse a un proceso de inserción de IC que constituye un gran reto para los próximos años.
Todos estos avances permiten a un sinnúmero de personas recuperar la esperanza de una cura para sus padecimientos que, en algunos casos, son de pronóstico poco alentador.
Referencias bibliográficas
- Capogrosso, M., Milekovic, T., Borton, D., Wagner, F., Moraud, E. M., Mignardot, J. B. y Rey, E. (2016). A brain–spine interface alleviating gait deficits after spinal cord injury in primates. Nature, 539(7628), 284-288. Doi: 10.1038/nature20118
- Hochberg, L. R., Bacher, D., Jarosiewicz, B., Masse, N. Y., Simeral, J. D., Vogel, J. y Donoghue, J. P. (2012). Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. Nature, 485(7398), 372-375. Doi: 10.1038/nature11076
- Pais-Vieira, M., Lebedev, M., Kunicki, C., Wang, J. y Nicolelis, M. A. (2013). A brain-to-brain interface for real-time sharing of sensorimotor information. Scientific reports, 3(1319). https://www.nature.com/articles/srep01319
- Vansteensel, M. J., Pels, E. G., Bleichner, M. G., Branco, M. P., Denison, T., Freudenburg, Z. V. y Van Rijen, P. C. (2016). Fully implanted brain–computer interface in a locked-in patient with ALS. New England Journal of Medicine, 375(21), 2060-2066. Doi: 10.1056/NEJMoa1608085
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