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Despertar miembros paralizados
Un mono con un brazo paralizado aún puede agarrar una pelota, gracias a un novedoso sistema diseñado para traducir las señales cerebrales en complejos movimientos musculares en tiempo real. La investigación, presentada en el Conferencia de la Sociedad de Neurociencias en Chicago esta semana, podría algún día permitir que las personas con lesiones en la médula espinal controlen sus propias extremidades.
Mono piensa, mono hace: Al traducir las señales eléctricas del cerebro de un mono en contracciones musculares a través de electrodos implantados, un animal con un brazo paralizado pudo agarrar una pelota.
Este es un gran salto hacia adelante: muestran al mono usando la capacidad de contraer artificialmente su mano para levantar una pelota, dice Krishna Shenoy , neurocientífico de la Universidad de Stanford. Creo que es la primera demostración de un sistema de estimulación eléctrica controlado corticalmente que realiza una tarea que, en última instancia, sería útil para un paciente humano.
Si bien la lesión de la médula espinal evita que las señales eléctricas del cerebro lleguen a los músculos, las personas paralizadas por estas lesiones a menudo tienen nervios y músculos intactos en las extremidades. Una técnica llamada estimulación eléctrica funcional (FES), en la que los electrodos implantados suministran corriente eléctrica para desencadenar las contracciones musculares, proporciona una forma de reconectar este bucle.
Los dispositivos que pueden restaurar la función de la mano y el control de la vejiga en algunos pacientes paralizados ya han sido aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Los pacientes utilizan el movimiento muscular residual para controlar conscientemente estos sistemas, un sistema que funciona bien para algunas aplicaciones pero que limita la complejidad del movimiento que se puede realizar. Por ejemplo, un dispositivo FES permite a las personas encoger un hombro para desencadenar un movimiento de agarre con la mano, pero no pueden controlar la fuerza con que agarrar.
Ahora, al combinar la tecnología FES con implantes cerebrales, los científicos están tratando de crear un sistema más intuitivo para controlar las extremidades paralizadas, de modo que pensar en mover un brazo o agarrarlo con una mano se traduciría automáticamente en el patrón de actividad eléctrica necesaria para realizar eso. movimiento. Es mucho más natural, y si puedes decodificar la actividad en suficientes músculos, podrías mover varias articulaciones simultáneamente, dice Robert Kirsch , neurocientífico de la Universidad Case Western Reserve, en Cleveland, OH. El movimiento normal de manos y brazos implica el movimiento fluido de múltiples articulaciones, en lugar de los movimientos limitados posibles en la actualidad.
Christian Ethier, investigador en neurocientífico De Lee Miller laboratorio de la Universidad Northwestern, en Chicago, ha demostrado los primeros pasos hacia este tipo de sistema en monos. Los investigadores le dieron a cada mono un anestésico local para bloquear temporalmente la función de los nervios flexores de su brazo. Los animales tenían cables implantados en sus brazos para entregar estímulos eléctricos a los músculos, al igual que lo harían los nervios, y una serie de electrodos implantados en el cerebro para registrar la actividad eléctrica de la corteza motora.
Los monos fueron entrenados primero para levantar una pelota y ponerla en un agujero para ganar una recompensa. Utilizando la actividad cerebral registrada durante esta tarea, los científicos desarrollaron algoritmos decodificadores especializados que traducirían la actividad cerebral vinculada al movimiento de diferentes músculos en un estímulo eléctrico para cada uno de los cinco músculos flexores del brazo en tiempo real, lo que permitiría al mono agarrar su mano. . Podemos predecir lo que el mono está tratando de hacer con sus músculos y estimularlos en consecuencia, esencialmente dándole al mono control voluntario a través de la computadora en lugar de sus nervios, dice Miller.
Normalmente, con el brazo paralizado, los animales tenían dificultades para completar la tarea, logrando que la pelota llegara al objetivo solo alrededor del 10 por ciento de las veces, en comparación con el 100 por ciento antes del bloqueo nervioso. Activar el sistema FES controlado por el cerebro aumentó la tasa de éxito de los animales paralizados al 77 por ciento. Los investigadores también demostraron que podían hacer que el mono moviera su muñeca en diferentes direcciones; ahora quieren ver si pueden repetir los resultados con los músculos que controlan el alcance.
Puede que las pruebas en humanos no estén muy lejos. Los implantes corticales ya se están probando en pacientes humanos. Kirsch de Case Western presentó una investigación en la conferencia que mostraba que un paciente paralizado con un implante cortical podía controlar un sofisticado modelo informático de un brazo. Kirsch y Miller aún no tienen un cronograma específico para unir los dos sistemas, el implante cortical y el implante FES, en humanos, pero Miller dice que sería técnicamente factible en un año. Sin embargo, quieren esperar hasta que los científicos hayan desarrollado una versión inalámbrica y completamente implantable del implante cortical, que ahora está en desarrollo en la Universidad de Brown. Los implantes actuales tienen alambres que sobresalen que aumentan el riesgo de infección y limitan la movilidad de los pacientes.
Investigaciones anteriores han demostrado que los pacientes con estos implantes pueden controlar el cursor de una computadora y hacer algunos movimientos con un brazo robótico. Si bien esa investigación es emocionante para las personas cuyas extremidades han sido amputadas, la nueva investigación es aplicable a pacientes con lesión de la médula espinal. Mucha gente preferiría fuertemente que su brazo se reanimara de alguna manera, dice Shenoy. Este es un gran paso adelante para esa población de pacientes.