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Los pacientes con parálisis recuperan la sensibilidad, el control muscular a través de la máquina del cerebro
Un estudio publicado en Informes científicos revela que ocho personas con lesiones de la médula espinal, muchas de las cuales han estado paralizadas durante varios años, han recuperado sensibilidad parcial y control muscular en las extremidades inferiores después del entrenamiento con la robótica controlada por el cerebro.
Un monitor de computadora en el laboratorio del Dr. Miguel Nicolelis muestra la actividad cerebral de un mono usando una interfaz cerebro-máquina.
Crédito de la imagen: Shawn Rocco / Duke Health
La investigación es parte del "Proyecto Walk Again" en São Paulo, Brasil, que trabaja con personas que han sufrido lesiones en la médula espinal como resultado del impacto del choque de automóviles, caídas y otros traumas que paralizaron sus extremidades inferiores. El objetivo del programa es ayudar a los participantes a recuperar fuerza, movilidad e independencia.
El proyecto Walk Again es una colaboración de más de 100 científicos de 25 países. Su esfuerzo combinado permitió a un hombre con parálisis patear una pelota de fútbol durante la ceremonia de apertura de la Copa del Mundo 2014 en São Paulo utilizando un exoesqueleto robótico controlado por el cerebro.
Dirigido por el neurocientífico de la Universidad de Duke, Dr. Miguel Nicolelis, codirector del Centro de Neuroingeniería de Duke, la investigación es continuación de estudios previos del Dr. Nicolelis que investiga cómo las poblaciones de células cerebrales representan información sensorial y motora y cómo generan el comportamiento, incluidos los movimientos de extremidades superiores e inferiores.
Estudios previos allanaron el camino para el uso de la máquina cerebral en humanos
En un estudio, el Dr. Nicolelis registró la actividad cerebral de ratas entrenadas para tirar de una palanca robótica para obtener un sorbo de agua con el uso de microelectrodos implantados en el cerebro. El uso de una interfaz cerebro-máquina permitió a las ratas aprender a controlar la palanca utilizando solo su actividad cerebral.
Otro estudio vio monos rhesus aprendiendo a controlar las extremidades robóticas y una versión animada de ellos mismos en una pantalla digital, así como también movió sillas de ruedas hacia un tazón de uvas con actividad cerebral sola. Los monos rhesus también aprendieron a caminar sobre una cinta ergométrica con piernas robóticas controladas por sus cerebros.
Estos experimentos con ratas y primates establecieron un modelo para el trabajo en pacientes humanos mediante el cual se registró la actividad cerebral en pacientes cuando usaban una mano para agarrar una pelota con una fuerza variada.
"Es importante entender cómo el cerebro codifica el movimiento", dice el Dr. Nicolelis. "Descubrimos principios sobre cómo funciona el cerebro que no habríamos descubierto sin entrar al cerebro".
"Nadie esperaba ver lo que hemos encontrado, que es la recuperación neurológica parcial de las funciones sensitivomotoras y viscerales", agrega.
El objetivo de la nueva investigación fue allanar el camino para la mejora de las prótesis y dispositivos controlados por el cerebro para las personas con discapacidades físicas severas.
Recuperación previamente no vista en pacientes con parálisis a largo plazo
Usando interfaces cerebro-máquina, incluyendo un sistema de realidad virtual, los pacientes usaron su actividad cerebral para simular el control total de sus piernas. Al comienzo de la rehabilitación, cinco participantes habían estado paralizados durante al menos 5 años, y dos habían quedado paralizados durante más de una década.
"Lo que mostramos en este artículo es que los pacientes que usaron una interfaz cerebro-máquina durante un período prolongado experimentaron mejoras en el comportamiento motor, sensaciones táctiles y funciones viscerales por debajo del nivel de la lesión de la médula espinal", explica el Dr. Nicolelis. .
"Hasta ahora, nadie ha visto la recuperación de estas funciones en un paciente tantos años después de haber sido diagnosticado con parálisis completa", agrega.
Según el Dr. Nicolelis, los participantes usaron una manga equipada con tecnología táctil llamada retroalimentación háptica para enriquecer la experiencia y entrenar sus cerebros. Los hápticos usan vibraciones variadas para ofrecer retroalimentación táctil, al igual que los zumbidos que los jugadores experimentan con un control portátil.
"La retroalimentación táctil está sincronizada, y el cerebro del paciente crea la sensación de que están caminando solos, no con la ayuda de dispositivos", dice el Dr. Nicolelis. "Induce la ilusión de que están sintiendo y moviendo las piernas. Nuestra teoría es que al hacer esto, inducimos la plasticidad no solo en el nivel cortical, sino también en la médula espinal".
Diagnóstico mejorado de parálisis completa a parcial
Los ocho pacientes pasaron al menos 2 horas a la semana usando interfaces cerebro-máquina, o dispositivos controlados por sus señales cerebrales. Después de meses de entrenamiento, los científicos observaron la actividad cerebral que esperaban cuando los pacientes pensaban en mover sus piernas.
"Básicamente, el entrenamiento reinsertó la representación de las extremidades inferiores en los cerebros de los pacientes", dice el Dr. Nicolelis.
Después de un año de entrenamiento, la sensación y el control muscular de cuatro pacientes cambiaron lo suficiente como para que los médicos mejoraran sus diagnósticos de parálisis completa a parcial.
El control de la vejiga y la función intestinal también mejoraron en los pacientes, lo que redujo tanto su dependencia de los laxantes y los catéteres como el riesgo de infecciones que son comunes en pacientes con parálisis crónica y una de las principales causas de muerte.
"Un estudio anterior ha demostrado que un gran porcentaje de pacientes a los que se les diagnostica una paraplejia completa pueden tener algunos nervios espinales intactos", dice el Dr. Nicolelis.
"Estos nervios pueden quedarse en silencio por muchos años porque no hay señal desde la corteza hasta los músculos. Con el tiempo, el entrenamiento con la interfaz cerebro-máquina podría haber reavivado estos nervios. Puede haber un pequeño número de fibras que permanecen, pero esto puede ser suficiente para transmitir señales del área cortical motora del cerebro a la médula espinal ".
Dr. Miguel Nicolelis
Los científicos han proporcionado videos de la tecnología y los pacientes para ilustrar su progreso.
Los ensayos futuros se centrarán en pacientes con lesión reciente de la médula espinal para determinar si un tratamiento más rápido puede conducir a resultados más rápidos y mejores.
Lea sobre cómo un implante cerebral ayudó a un hombre paralítico a controlar su mano y sus dedos.
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