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Pequeños electrodos para el cerebro
Un nuevo tipo de nanoelectrodo de polímero podría hacer que los implantes cerebrales, incluidos los que se usan para tratar casos graves de Parkinson, sean mucho más seguros, y también podría hacer más factibles los intentos de restaurar la visión y el movimiento con interfaces directas cerebro-máquina. Rodolfo Llinas , profesor de neurociencia en la Universidad de Nueva York, e investigadores del MIT han desarrollado un electrodo de nanocables de solo 600 nanómetros de ancho que puede enviar y recibir señales al cerebro.
Los investigadores de la NYU y el MIT han desarrollado un electrodo flexible que puede enviar o recibir señales de las células cerebrales. El electrodo se puede insertar en el cerebro a través de los vasos sanguíneos, eliminando la necesidad de abrir el cráneo del paciente para algunos tratamientos neurológicos. (Cortesía de Zina Deretsky, National Science Foundation.)
El electrodo desarrollado por Llinas y colaboradores es tan pequeño que podría insertarse a través de una arteria, tal vez en el brazo o la ingle, y enhebrarse hasta el cerebro. Debido a que el electrodo es una pequeña fracción del tamaño de un glóbulo rojo y flexible, se puede deslizar a través de los vasos sanguíneos más pequeños, acercándose lo suficiente a las neuronas profundas del cerebro para detectar y enviar señales eléctricas.
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Un tratamiento actual para los casos graves de Parkinson, llamado estimulación cerebral profunda, implica la implantación de electrodos que emiten pulsos eléctricos de alta frecuencia que apagan partes del cerebro responsables de los síntomas de la enfermedad (consulte Marcapasos cerebrales). Sin embargo, estos tratamientos son riesgosos y costosos, en parte, porque requieren que se abra el cráneo del paciente para insertar quirúrgicamente electrodos en el tejido cerebral.
Los electrodos convencionales, que ahora miden en milímetros, también pueden dañar los vasos sanguíneos del cerebro, dice Joseph Pancrazio, director del programa de proyectos de ingeniería neuronal en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS), uno de los Institutos Nacionales de Salud. Al aprovechar las nanodimensiones para pasar los electrodos a través de la vasculatura, puede reducir el riesgo de accidente cerebrovascular, dice. Esta es una forma completamente innovadora de pensar en habilitar la estimulación cerebral profunda. Creo que puede haber beneficios en términos de seguridad, eficacia, solidez y biocompatibilidad. Sin duda, es un área que debemos analizar con seriedad.
No tener que abrir el cráneo sería un claro beneficio sobre lo que estamos haciendo ahora, dice Jeff Bronstein , neurólogo de la Facultad de Medicina de UCLA, quien dice que miles de pacientes de Parkinson se han sometido a procedimientos de estimulación cerebral profunda.
John Heiss, neurocirujano del NINDS, advierte que primero será necesario demostrar que los nanocables no causan complicaciones, como coágulos de sangre. También señala que, aunque no sería necesario abrir la cabeza, tal procedimiento aún requeriría alguna cirugía invasiva. Sin embargo, Heiss dice que si el procedimiento demuestra ser seguro, podría hacer que la estimulación cerebral profunda sea una alternativa más atractiva en las primeras etapas del Parkinson.
Más allá de su uso en la estimulación cerebral profunda, Llinas dice que sus electrodos podrían detectar señales, digamos, en el área del cerebro de una persona responsable de dirigir el movimiento del brazo. Estas señales podrían usarse para impulsar un brazo robótico, restaurando algunas habilidades a las personas paralizadas por lesiones cerebrales y de la médula espinal. Llinas dice que la primera aplicación de los electrodos de nanocables puede ser para enrutar los impulsos nerviosos alrededor de las áreas dañadas de la médula espinal, ya sea a otros nervios o directamente a los músculos, posiblemente restaurando la función de las extremidades paralizadas.
Los nanoelectrodos también podrían desempeñar un papel en la mejora de los implantes cocleares que se utilizan para restaurar la audición. Debido a que los electrodos son tan pequeños, podría ser posible aumentar la cantidad de electrodos utilizados en un implante coclear, para estimular una región más amplia y dar más color al sonido, dice Patrick Anquetil , becario postdoctoral de ingeniería mecánica en el MIT y uno de los investigadores del proyecto. Él dice que los primeros usos comerciales de los electrodos de nanocables probablemente aún falten cinco años.
En el futuro, los investigadores planean construir electrodos orientables. Para hacer esto, usarán un polímero que se contrae en respuesta a la electricidad. Se podría dirigir un paquete de tales nanocables haciendo que los nanocables seleccionados se contraigan.
Los investigadores piensan que, eventualmente, el paquete de nanocables podría dirigirse en parte por sí mismo. Anquetil dice que han fabricado polímeros que actúan como sensores de presión y ven la posibilidad de usar polímeros semiconductores como base para interruptores eléctricos simples. Una cosa que realmente nos emociona acerca de esto es, en principio, que no hay ninguna razón por la cual, con el mismo material, no pueda construir un sistema completo en el que tenga contracción, medición, detección y cálculo.
Si bien los primeros paquetes usarían relativamente pocos electrodos, miles podrían eventualmente agruparse para formar un paquete no más ancho que las sondas de 1-2 milímetros que Llinas dice que se usan hoy en día en el cerebro. Una vez cerca del área objetivo, los nanocables podrían separarse. Luego, los cables se extenderían, empujados hacia una red ramificada de capilares. Esto permitiría a los investigadores monitorear y enviar impulsos a neuronas individuales en las profundidades del cerebro en un área distribuida, una capacidad que podría resultar de gran ayuda para los investigadores del cerebro que ahora se limitan al uso de conjuntos de electrodos relativamente pequeños.