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Neuroprotésica: recuperándose de una lesión utilizando el poder de su mente
Los neuroprósticos, también conocidos como interfaces cerebro-computadora, son dispositivos que ayudan a las personas con discapacidades motoras o sensoriales a recuperar el control de sus sentidos y movimientos al crear una conexión entre el cerebro y una computadora. En otras palabras, esta tecnología permite a las personas moverse, oír, ver y tocar usando solo el poder del pensamiento. ¿Cómo funcionan los neuroprósticos? Echemos un vistazo a los cinco principales avances en este campo para ver cuán lejos hemos llegado, y cuánto más podemos avanzar, usando solo el poder de nuestras mentes.
Usando electrodos, una computadora y el poder del pensamiento, los dispositivos neuroprotésicos pueden ayudar a los pacientes con dificultades motoras o sensoriales a moverse, sentir, oír y ver.
Cada año, cientos de miles de personas en todo el mundo pierden el control de sus extremidades como resultado de una lesión en su médula espinal. En los Estados Unidos, hasta 347,000 personas viven con lesión de médula espinal (SCI), y casi la mitad de estas personas no pueden moverse del cuello hacia abajo.
Para estas personas, los dispositivos neuroprotésicos pueden ofrecer alguna esperanza muy necesaria.
Las interfaces cerebro-computadora (ICB) generalmente involucran electrodos, colocados en el cráneo humano, en la superficie del cerebro o en el tejido cerebral, que monitorean y miden la actividad cerebral que ocurre cuando el cerebro "piensa" un pensamiento. El patrón de esta actividad cerebral se "traduce" en un código o algoritmo que se "alimenta" a una computadora. La computadora, a su vez, transforma el código en comandos que producen movimiento.
Los neuroprósticos no solo son útiles para las personas que no pueden mover sus brazos y piernas; también ayudan a personas con discapacidades sensoriales. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que aproximadamente 360 ??millones de personas en todo el mundo tienen una forma de discapacidad auditiva incapacitante, mientras que otras 39 millones de personas son ciegas.
Para algunas de estas personas, los neuroprósticos como los implantes cocleares y los ojos biónicos les han devuelto los sentidos y, en algunos casos, les han permitido escucharlos o verlos por primera vez.
Aquí, revisamos cinco de los desarrollos más importantes en tecnología neuroprotésica, mirando cómo funcionan, por qué son útiles y cómo algunos de ellos se desarrollarán en el futuro.
Implante de oreja
Probablemente el dispositivo neuroprotésico "más antiguo" que existe, los implantes cocleares (o implantes de oído) existen desde hace algunas décadas y son el epítome de neuroprótesis exitosas.
La Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) aprobó los implantes cocleares tan pronto como en 1980, y en 2012, casi 60,000 personas en los EE. UU. Habían tenido el implante. En todo el mundo, más de 320,000 personas han tenido el dispositivo implantado.
Un implante coclear funciona evitando las partes dañadas del oído y estimulando el nervio auditivo con señales obtenidas usando electrodos. Las señales transmitidas a través del nervio auditivo al cerebro se perciben como sonidos, aunque escuchar a través de un implante de oído es bastante diferente de la audición normal.
Aunque los implantes cocleares imperfectos les permiten a los usuarios distinguir el habla en persona o por teléfono, los medios abundan en relatos emocionales de personas que pudieron escucharse por primera vez usando este dispositivo neuroprotésico sensorial.
Aquí puede ver un video de una mujer de 29 años que se escucha por primera vez con un implante coclear:
Implante ocular
La primera retina artificial, llamada Argus II, está hecha completamente de electrodos implantados en el ojo y fue aprobada por la FDA en febrero de 2013. De forma muy similar a la del implante coclear, este neuroprótico evita la parte dañada de la retina y transmite señales, capturadas por una cámara adjunta, al cerebro.
Esto se hace transformando las imágenes en píxeles claros y oscuros que se convierten en señales eléctricas. Las señales eléctricas se envían a los electrodos, que a su vez envían la señal al nervio óptico del cerebro.
Si bien Argus II no restaura completamente la visión, sí permite a los pacientes con retinitis pigmentosa, una afección que daña los fotorreceptores del ojo, distinguir los contornos y las formas, lo cual, según informan muchos pacientes, hace una diferencia significativa en sus vidas.
La retinitis pigmentosa es una enfermedad neurodegenerativa que afecta a alrededor de 100,000 personas en los Estados Unidos. Desde su aprobación, más de 200 pacientes con retinitis pigmentosa han tenido el implante Argus II, y la compañía que lo diseñó está trabajando para hacer posible la detección del color y mejorar la resolución del dispositivo.
Neuroprotésica para personas con SCI
Se estima que casi 350,000 personas en los EE. UU. Viven con SCI, y 45 por ciento de las que sufrieron un SCI desde 2010 se consideran tetrapléjicas, es decir, paralizadas desde el cuello hacia abajo.
A Noticias médicas hoy, recientemente informamos sobre un innovador experimento de un paciente que permitió a un hombre con cuadriplejia mover sus brazos usando el poder absoluto de sus pensamientos.
Bill Kochevar tenía electrodos instalados quirúrgicamente en su cerebro. Después de entrenar el BCI para "aprender" la actividad cerebral que coincidía con los movimientos en los que pensaba, esta actividad se convirtió en impulsos eléctricos que luego se transmitían de vuelta a los electrodos de su cerebro.
De la misma manera que los implantes cocleares y visuales pasan por alto el área dañada, esta área BCI también evita el "cortocircuito" entre el cerebro y los músculos del paciente creados por SCI.
Con la ayuda de este neuroprótico, el paciente pudo beber y alimentarse con éxito. "Fue increíble", dice Kochevar, "porque pensé en mover mi brazo y lo hizo". Kochevar fue el primer paciente en el mundo en probar el dispositivo neuroprotésico, que actualmente solo está disponible para fines de investigación.
Puede obtener más información sobre este neuroprótico en el siguiente video:
Sin embargo, aquí no es donde se detienen los neuropróticos SCI. El Courtine Lab, dirigido por el neurocientífico Gregoire Courtine en Lausana, Suiza, trabaja incansablemente para ayudar a las personas lesionadas a recuperar el control de sus piernas. Sus esfuerzos de investigación con ratas han permitido caminar a los roedores paralizados, logrados mediante el uso de señales eléctricas y haciéndolos estimular los nervios en la médula espinal cortada.
"Creemos que esta tecnología algún día podría mejorar significativamente la calidad de vida de las personas que enfrentan trastornos neurológicos", dice Silvestro Micera, coautor del experimento y neuroingeniero en Courtine Labs.
Recientemente, el Prof. Courtine también ha liderado un equipo internacional de investigadores para crear con éxito el movimiento voluntario de piernas en monos rhesus. Esta fue la primera vez que se usó un neuroprotésico para permitir caminar en primates no humanos.
Sin embargo, "pueden pasar varios años antes de que todos los componentes de esta intervención puedan probarse en personas", dice el Profesor Courtine.
Un brazo que siente
Silvestro Micera también ha dirigido otros proyectos sobre neuroprótesis, entre los que se encuentra el brazo que "siente". En 2014, MNT informaron sobre la primera mano artificial que se mejoró con sensores.
Los investigadores midieron la tensión en los tendones de la mano artificial que controlan los movimientos de agarre y la convirtieron en corriente eléctrica. A su vez, al usar un algoritmo, esto se tradujo en impulsos que luego se enviaban a los nervios del brazo, produciendo un sentido del tacto.
Desde entonces, el brazo protésico que "siente" se ha mejorado aún más. Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y del Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh, ambos en Pensilvania, probaron el BCI en un solo paciente con tetraplejia: Nathan Copeland.
Los científicos implantaron una cubierta de microelectrodos debajo de la superficie del cerebro de Copeland, concretamente, en su corteza somatosensorial primaria, y los conectaron a un brazo protésico equipado con sensores. Esto permitió al paciente sentir sensaciones de tacto, que le parecieron, como si pertenecieran a su propia mano paralizada.
Mientras tenía los ojos vendados, Copeland pudo identificar qué dedo de su brazo protésico estaba siendo tocado. Las sensaciones que percibía variaban en intensidad y se percibían como diferentes en presión.
Neuroprotésica para neuronas
Hemos visto que las prótesis controladas por el cerebro pueden restaurar el sentido del tacto, la audición, la vista y el movimiento de los pacientes, pero ¿podríamos construir prótesis para el cerebro mismo?
Investigadores de la Universidad Nacional de Australia (ANU) en Canberra lograron cultivar artificialmente las células cerebrales y crear circuitos cerebrales funcionales, allanando el camino para neuroprótesis para el cerebro.
Al aplicar geometría de nanocables a una oblea semiconductora, el Dr. Vini Gautam, de la Escuela de Ingeniería de Investigación de ANU, y sus colegas idearon un andamiaje que permite que las células cerebrales crezcan y se conecten de forma sináptica.
El líder del grupo del proyecto, el Dr. Vincent Daria, de la Escuela de Investigación Médica John Curtin en Australia, explica el éxito de su investigación:
"Pudimos establecer conexiones predictivas entre las neuronas y demostramos que son funcionales con las neuronas disparando sincrónicamente. Este trabajo podría abrir un nuevo modelo de investigación que construya una conexión más fuerte entre los materiales de la nanotecnología y la neurociencia".
Los neuroprósticos para el cerebro algún día podrían ayudar a los pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular o que viven con enfermedades neurodegenerativas a recuperarse neurológicamente.
Cada año en los EE. UU., Casi 800,000 personas han tenido un accidente cerebrovascular y más de 130,000 personas mueren a causa de este. Las enfermedades neurodegenerativas también están muy extendidas: se calcula que 5 millones de estadounidenses viven con Alzheimer, 1 millón con Parkinson y 400,000 con esclerosis múltiple.
Conozca el nuevo esfuerzo de Facebook: el desarrollo de BCI.
En enero de 2014, la Administración de Alimentos y Fármacos de EE. UU. Publicó un estudio en el que identificaron un estimulante de tipo anfetamínico en varios suplementos dietéticos comúnmente utilizados. Más de dos años después, un nuevo estudio dirigido por un investigador de la Escuela de Medicina de Harvard en Cambridge, Massachusetts, descubre que, no solo los productos que contienen el suplemento todavía están en el mercado, sino que su abundancia ha aumentado.
Chiles, la marihuana puede reducir la inflamación intestinal
Mientras que los chiles y la marihuana tienen efectos muy diferentes en el cerebro, un nuevo estudio muestra que, cuando se consumen, su impacto en el intestino puede no ser tan diferente. Los investigadores han descubierto que los chiles y la marihuana pueden reducir la inflamación intestinal. Los investigadores han descubierto que la capsaicina, el compuesto que le da a los chiles su calor, se dirige a un receptor en el intestino que produce un compuesto llamado anandamida, que es químicamente similar a los compuestos de la marihuana.
