Poder del cerebro

En un pequeño laboratorio de la Universidad Brown en Providence, Rhode Island, un macaco rhesus se sienta en una silla frente a la pantalla de una computadora, agarrando el mango de un dispositivo que se parece mucho al timón de un velero. Por el momento, el mono usa este dispositivo como si fuera un joystick de computadora para controlar un simple videojuego: aparece un punto de color en la pantalla y el animal mueve el cursor para encontrarlo. Sin embargo, una vez que el animal se vuelve bueno en la tarea, los investigadores de la habitación contigua activarán un interruptor y serán señales directamente del cerebro del mono, no los movimientos del joystick, las que dirijan el cursor.

Esta inquietante hazaña es posible porque los investigadores, dirigidos por el neurocientífico John Donoghue de Brown, han implantado una pequeña serie de electrodos en el cerebro del mono. Los electrodos interceptan señales de neuronas individuales en el cerebro y un algoritmo informático especialmente desarrollado traduce estas señales en trayectorias y velocidades para el cursor de la computadora. Sin embargo, las ambiciones de los investigadores se extienden mucho más allá de los monos que juegan a videojuegos. Su esperanza es que su sistema de interfaz cerebro-máquina proporcione a los pacientes paralizados por lesiones de la médula espinal o enfermedades neurodegenerativas nuevas habilidades para interactuar con el mundo que los rodea, utilizando nada más que el poder de sus pensamientos.

Esta historia fue parte de nuestro número de abril de 2002

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Donoghue y su equipo lanzaron Cyberkinetics en junio de 2001 para perseguir esa visión. La empresa es una de las primeras en surgir de la investigación de interfaces cerebro-máquina, que hasta ahora ha sido relegada principalmente a un puñado de laboratorios académicos en todo el mundo ( ver Interfaces cerebro-máquina, NIÑOS Enero / febrero de 2001 ). Y aunque queda mucho por hacer, un sistema como Cyberkinetics 'que se conecta directamente al cerebro podría, teóricamente, brindar a los pacientes paralizados los medios para controlar computadoras, ayudas robóticas y tal vez incluso sus propios músculos. Cyberkinetics tiene como objetivo comenzar a probar esa teoría en humanos a fines de este año.

En los estudios con monos que allanarán el camino para las pruebas en humanos, la compañía, que incluye a los cofundadores Nicholas Hatsopoulos de la Universidad de Chicago, Mijail Serruya, estudiante de doctorado y doctorado en Brown, y Gerhard Friehs, neurocirujano del Hospital Rhode Island de Providence, se está enfocando en el área del cerebro que da órdenes al brazo del mono. Friehs comienza implantando una matriz de cuatro milímetros cuadrados de 100 electrodos en esta región, que se encuentra en la capa más externa del cerebro, aproximadamente a la mitad entre la oreja y la parte superior del cráneo. Después de la cirugía, un pequeño manojo de cables sale de la matriz a través de un agujero en el cráneo del animal; esos cables se conectan a una computadora, alimentando las señales eléctricas generadas por las neuronas que se disparan cerca de cada electrodo en la máquina.

Hatsopoulos se sienta en esa computadora mientras el mono enchufado practica un videojuego en la habitación contigua. La actividad cerebral captada por la matriz parpadea en la pantalla como un revoltijo de gráficos hipercinéticos similares a los de un electrocardiograma; que los altavoces de la computadora hacen audible, las señales cerebrales se disparan, crepitan y explotan como Rice Krispies en la leche. Hatsopoulos sube el volumen. Nunca me canso de escuchar eso, dice. Esto es realmente como leer la mente, escuchar a escondidas las células del cerebro como si el mono estuviera pensando en algo. El software de reconocimiento de patrones extrae los picos de señal, cada uno de los cuales representa un solo disparo de una sola neurona, del ruido de fondo del cerebro y los correlaciona con la posición del brazo del mono. Lo sorprendente, dice Donoghue, es que muy rápidamente puedes tener una idea de la actividad de las neuronas y extraer la trayectoria de la mano. De hecho, utilizando solo tres minutos aproximadamente de datos del ejercicio del videojuego, la computadora puede construir un modelo capaz de extrapolar los movimientos del brazo del mono a partir de la señal cerebral únicamente. Una vez que el modelo está ajustado, la computadora puede usar la señal del cerebro para impulsar un cursor o un brazo robótico en tiempo real.

Estos resultados prometedores son parte de lo que inspiró a los investigadores a lanzar Cyberkinetics y avanzar hacia los ensayos clínicos. Ya sabemos mucho; ahora pongámoslo en práctica, dice Serruya. Los participantes en las primeras pruebas en humanos de Cyberkinetics serán pacientes encerrados que, debido a una lesión, un derrame cerebral o una enfermedad neurológica, están completamente paralizados, incapaces incluso de comunicarse excepto a través de movimientos sutiles de los ojos. En esas pruebas iniciales, la compañía implantará la matriz de electrodos, fabricada por Bionic Technologies, con sede en Salt Lake City, UT, pero el hardware de procesamiento de señales y la fuente de alimentación permanecerán fuera del cuerpo. Si esas primeras pruebas en humanos confirman la promesa de los experimentos con monos, la compañía planea desarrollar aún más la tecnología para crear un dispositivo completamente implantable.

Hasta la fecha, solo una empresa ha realizado pruebas en humanos de un implante de grabación cerebral con el objetivo de ayudar a restaurar la función en pacientes paralizados: Neural Signals, con sede en Atlanta, GA. En lugar de una matriz de electrodos, la empresa implanta dos electrodos neurotróficos: tubos de vidrio que contienen pequeños cables y una sustancia que estimula el crecimiento de las células cerebrales en los dispositivos. Philip Kennedy, neurólogo y fundador de Neural Signals, dice que los estudios, que comenzaron en 1997, van más lentamente de lo que había esperado originalmente, pero que la compañía debería tener algunos resultados claros para fin de año. Los investigadores de cibercinética creen, sin embargo, que la implantación de 100 electrodos en lugar de solo dos hará que su sistema sea más robusto y le permitirá recopilar más información del cerebro.

Si bien el trabajo reciente en las interfaces cerebro-máquina es alentador, quedan algunos obstáculos importantes, dice William Heetderks, director del Programa de Prótesis Neural de los Institutos Nacionales de Salud, que ayuda a financiar la investigación de la interfaz cerebro-máquina. Quizás el mayor desafío, dice Heetderks, es construir una interfaz entre el dispositivo de grabación (una pieza rígida de hardware) y el cerebro (una masa blanda que flota en el líquido cefalorraquídeo) que mantendrá su posición precisa durante décadas, a pesar de los pequeños movimientos del cerebro. . Si bien los dispositivos de Kennedy y Donoghue representan un progreso en ese frente, los de Kennedy al alentar a las células a crecer en el dispositivo y estabilizar la conexión, los de Donoghue al agarrar el cerebro de la misma manera que los tacos de golf agarran la tierra húmeda, Heetderks cree que, en última instancia, podría ser necesaria una combinación de enfoques . En este punto, dice Heetderks, los estudios en humanos pueden ser todavía un poco prematuros. Pero obviamente esa es solo una opinión.

Greg Licholai, director de emprendimientos y desarrollo comercial de la división neurológica de Medtronic, con sede en Minneapolis, Minnesota, ofrece una visión diferente. Este es verdaderamente un gran avance para abordar los trastornos neurológicos, dice Licholai sobre los esfuerzos de Donoghue. No creo que haya problemas para reclutar pacientes, y el sistema ha sido bien probado en un modelo animal. El único atraco potencial es cuánto tiempo les toma redactar los documentos y obtener la aprobación de la FDA de esos ensayos en etapa inicial.

El gerente comercial y único empleado de Cyberkinetics, el estudiante universitario de Brown, Mikhail Shapiro, está ayudando a la compañía a buscar el equipo de administración y la financiación que necesitará para poner en orden el papeleo y realizar las pruebas en humanos. Shapiro y los fundadores de la empresa se dan cuenta de que se enfrentarán a desafíos comerciales y tecnológicos, pero también están convencidos de que, como dice Hatsopoulos, esto es real. Esto realmente ayudará a la gente.

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