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La cirugía experimental tiene como objetivo revivir una extremidad paralizada
Los médicos intentarán reanimar el brazo paralizado de un paciente con una cirugía pionera que consiste en capturar señales de su cerebro y restaurar el movimiento a través de una fina red de componentes electrónicos conectados a los músculos del brazo.
Brazo virtual : En un importante paso reciente hacia la reanimación de un brazo real, un paciente con un chip cerebral implantado controló un modelo informático de un brazo pensando en su movimiento.
El nuevo esfuerzo, planeado por investigadores de la Universidad Case Western Reserve, utilizará una interfaz cerebro-computadora, o BCI, desarrollada por investigadores de la Universidad Brown y el Hospital General de Massachusetts. En trabajos anteriores, los pacientes han utilizado esta interfaz para controlar un cursor de computadora o un brazo robótico (ver Brain Chip ayuda a los tetrapléjicos a mover brazos robóticos con sus pensamientos y el paciente muestra nueva destreza con un brazo robótico controlado por la mente).
El nuevo esfuerzo utilizará la misma tecnología para controlar el brazo real del paciente con un sistema llamado estimulación eléctrica funcional (FES). Esto enviará señales a hasta 18 músculos del brazo y la mano para permitir que el sujeto, que está paralizado del cuello hacia abajo, realice tareas como comer y rascarse la nariz.
Esta será la primera vez que alguien conecte un BCI a un dispositivo FES, dice Daniel Moran , neurocientífico de la Universidad de Washington en St. Louis que no participa en el estudio. Están armando todo el sistema. La cirugía puede ocurrir este año o el próximo, según los investigadores de Case Western.
La tecnología de activación muscular se ha probado durante mucho tiempo en pacientes paralizados. Varios pacientes pueden hacer cosas como presionar un botón para activar los músculos de sus piernas que de otra manera estarían paralizadas para permitirles pararse e incluso moverse con un andador, ayudados por piernas que pueden ponerse rígidas y balancearse hacia adelante. Si el paciente no tiene el uso de sus manos, la activación de los músculos paralizados puede ser provocada por movimientos que el paciente puede controlar en su brazo, mejilla o cuello. El nuevo esfuerzo utilizará el cerebro mismo para enviar estas señales.
En el corazón del nuevo dispositivo se encuentra el implante cerebral, una pequeña sonda de cuatro milímetros a cada lado con 96 electrodos en forma de cabello que penetran 1,5 milímetros en una porción de la corteza motora que controla los movimientos del brazo. El implante registra los impulsos de docenas de neuronas correspondientes a la intención de movimiento de un paciente.
En preparación para reconectar los músculos reales del brazo, los investigadores han demostrado recientemente que el chip cerebral puede controlar una representación virtual de esos músculos del brazo. El ensayo clínico en curso se conoce como BrainGate2 .
Si bien las señales del cerebro corresponden a una dirección para mover algo, el algoritmo traduce esos desencadenantes en contracciones cuidadosamente coordinadas en hasta 18 músculos, según el modelo de los movimientos de esos músculos y los grados de libertad del brazo.
El paciente piensa 'hacia arriba y hacia la derecha', y tenemos un controlador que realmente determina las activaciones musculares correctas para moverse en esa dirección, dice Robert Kirsch, investigador principal del proyecto, presidente de ingeniería biomédica de Case Western y director ejecutivo del Departamento de Asuntos de Veteranos Centro de estimulación eléctrica funcional .
La versión actual de ese modelo incluye 29 músculos, divididos en 138 elementos musculares y 11 articulaciones. En una pantalla, el paciente ve una imagen del brazo virtual y trabaja para generar comandos cerebrales que finalmente mueven el brazo virtual para tocar un punto rojo, haciéndolo volverse verde.
Leigh Hochberg, neurólogo del Hospital General de Massachusetts, profesor asociado de ingeniería en Brown y uno de los líderes de la colaboración de investigación subyacente, dice que el experimento en el brazo virtual, realizado por primera vez en 2011, fue un hito crucial. Eso, junto con los avances recientes en los experimentos con monos, nos alienta a que el objetivo está al alcance de conectar los chips cerebrales con la estimulación muscular, dice.
Incluso si tiene éxito, el brazo reanimado todavía no podría transmitir una sensación de tacto al usuario. En un conjunto separado de experimentos, los investigadores de Case Western están probando un sistema que proporciona un sentido del tacto gracias a sensores en una mano protésica conectada a los nervios periféricos del brazo del paciente (consulte Una mano artificial con sentimientos reales). En teoría, dicha retroalimentación sensorial también podría enviarse directamente al cerebro.
Los neurocientíficos también están trabajando en mejores implantes cerebrales. Las interfaces actuales utilizadas en el proyecto recopilan esencialmente la intención de alguien de mover algo en una dirección determinada. Las versiones de próxima generación en realidad recopilarían comandos de movimiento muscular más naturales del cerebro mismo, una tarea más desafiante pero que promete un control más realista. Otro avance en desarrollo es una interfaz inalámbrica entre el conector del cráneo y el sistema que lee e interpreta las señales del cerebro (consulte Una interfaz de computadora cerebral inalámbrica).