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Un implante cerebral ultradelgado controla las convulsiones
Un implante nuevo, ultradelgado y ultraflexible cargado con sensores puede registrar la tormenta eléctrica que estalla en el cerebro durante una convulsión con una resolución casi 50 veces mayor de lo que era posible anteriormente. El nivel de detalle podría revolucionar el tratamiento de la epilepsia al permitir procedimientos menos invasivos para detectar y tratar las convulsiones. También podría conducir a una comprensión más profunda de la función cerebral y dar como resultado interfaces cerebro-computadora con una capacidad sin precedentes.
Mapa cerebral: Una matriz ultradelgada de electrodos, que se muestra en la parte superior insertada en el cerebro de un gato, permite una adquisición de datos mucho mayor que nunca. En la parte inferior, la matriz de electrodos es tan flexible que se puede doblar incluso alrededor de los objetos más delgados, lo que permite una fácil inserción y una buena cobertura de superficies irregulares.
Para los pacientes con epilepsia que no responden a la medicación, los neurólogos a menudo intentarán trazar un mapa del lugar del cerebro en el que se originó la convulsión para que la región pueda extirparse quirúrgicamente. El médico extrae una sección del cráneo y coloca una serie de sensores voluminosos en la superficie de la corteza frontal del paciente.
Estos dispositivos clínicos no han cambiado mucho desde los años 50 o 60, dice Brian Litt , especialista en epilepsia y bioingeniero de la Universidad de Pennsylvania y uno de los científicos que dirigió la nueva investigación. Debido a que el dispositivo tiene que acomodar cables para cada electrodo, solo tiene espacio para menos de 100 electrodos y brinda una imagen de baja resolución de la actividad eléctrica. Es como tratar de entender qué está pasando entre una multitud en Manhattan con un solo micrófono suspendido de un helicóptero, dice Litt.
La tecnología actual se ha estancado en una matriz de sensores con aproximadamente ocho sensores por centímetro cuadrado; la nueva matriz, construida en colaboración con John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, puede colocar 360 sensores en la misma cantidad de espacio. Para crear un dispositivo pequeño tan denso con sensores, Rogers integró la electrónica y los transistores de silicio en la propia matriz, reduciendo drásticamente la cantidad de cableado.
Esto es más como una matriz de 360 micrófonos, bajados más cerca de la superficie y grabados desde regiones mucho más pequeñas: un par de personas en la esquina de la calle, un par junto al buzón, dice Litt. Esta nueva técnica podría ser la clave para comprender las redes funcionales del cerebro e incluso podría ser la clave para tratar y potencialmente curar algunas enfermedades.
En su primera prueba del dispositivo, en un gato con epilepsia, Litt, Rogers y un estudiante de posgrado Jonathan Viventi (ahora profesor asistente que estudia neuroingeniería traslacional en la Universidad de Nueva York), vio algo sorprendente: una tormenta de actividad que parecía una onda espiral autopropagada. El patrón, solo aparente con un registro de increíble alta resolución, es notablemente similar al que se observa en el músculo cardíaco durante una afección potencialmente mortal llamada fibrilación ventricular.
En lugar de que grandes secciones del cerebro sean responsables de las convulsiones, algo que Litt dice que tradicionalmente se pensaba que ocurría, parece provenir de múltiples grupos de áreas muy pequeñas, o microdominios, en la corteza. La investigación se publicó en línea la semana pasada en Neurociencia de la naturaleza .
Fuera de control: Un ataque epiléptico en un gato, medido por el nuevo implante denso de electrodos, muestra una onda espiral de actividad eléctrica nunca antes vista.
Esto es absolutamente fantástico. Me asombró el logro técnico y los resultados muy fuertes e importantes, dice Gerwin Schalk , investigador de la interfaz cerebro-computadora en el Centro Wadsworth en Albany, Nueva York. Schalk no participó en la investigación. Será de gran valor para la neurociencia básica y para la investigación traslacional. Schalk señala que si la tecnología se demuestra en humanos, podría abrir oportunidades sustanciales para todo, desde diagnósticos hasta dispositivos de interfaz cerebro-computadora.
El dispositivo también podría permitir pruebas y tratamientos menos invasivos. En lugar de abrir una gran sección del cráneo para colocar un dispositivo de monitoreo, dice Litt, el nuevo implante podría permitir a los cirujanos perforar solo un pequeño orificio a través del cual deslizar el conjunto de sensores delgado y enrollado y desplegarlo sobre la superficie del cerebro. una vez que está dentro. Y en lugar de eliminar áreas del cerebro del tamaño de una pelota de golf, podría ser posible simplemente eliminar los microdominios y dejar intacto el resto de la corteza.
La versión actual del dispositivo es de un centímetro cuadrado; para uso humano, los investigadores deben ampliarlo a unos ocho centímetros cuadrados. Una startup llamada MC10 trabajará para hacerla más grande y lista para producción.
Litt y Rogers ahora están trabajando para crear un implante con estimuladores incrustados junto a los sensores. Si pueden construir un dispositivo que no solo detecte la aparición de una convulsión, sino que también pueda proporcionar estimulación eléctrica con la misma rapidez para anularla, la investigación podría tener un gran impacto clínico. Esta no es solo una herramienta de investigación. Tiene un modo de uso claramente definido en el entorno clínico, dice Rogers. Esta es una pieza de electrónica biointegrada que no tiene parangón en su funcionalidad, y la prueba está en el pudín.