El nuevo implante tiene un tamaño muy reducido Omicrono
El diminuto implante que usa patrones de luz para 'activar' regiones del cerebro: permitirá recuperar la vista o el oído
El sistema traduce impulsos luminosos en códigos neuronales que el cerebro aprende a reconocer, abriendo el camino a futuras terapias.
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Una de las fronteras de la medicina que más se está investigando en los últimos años es la de los implantes cerebrales. Además de proyectos tan ambiciosos como el Neuralink de Elon Musk o el de su rival Synchron, que buscan restaurar la movilidad y los sentidos perdidos tras enfermedades o accidentes, las últimas investigaciones científicas buscan disponer de implantes cada vez más pequeños y menos invasivos.
En diciembre, investigadores de la Universidad de Columbia presentaron BISC, un implante ultrafino que conectará sin cables el cerebro con la IA para devolver la vista o el oído a una persona. Ahora, un equipo de neurobiólogos de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, ha desarrollado un dispositivo inalámbrico que utiliza pulsos de luz para enviar información directamente al cerebro.
"Nuestros cerebros convierten constantemente la actividad eléctrica en experiencias, y esta tecnología nos ofrece una forma de aprovechar ese proceso directamente", afirma en un comunicado de prensa Yevgenia Kozorovitskiy, responsable de los experimentos con ratones y una de las autoras del artículo publicado en Nature Neuroscience.
"Esta plataforma nos permite crear señales completamente nuevas y ver cómo el cerebro aprende a utilizarlas", señala Kozorovitskiy. "Nos acerca un poco más a la restauración de los sentidos perdidos tras lesiones o enfermedades, al tiempo que nos ofrece una ventana a los principios básicos que nos permiten percibir el mundo".
Más allá del proceso de aprendizaje de esta percepción artificial, lo más llamativo y novedoso del implante es que se coloca bajo el cuero cabelludo, sin necesidad de una cirugía mayor ambulatoria, ya que el dispositivo emite patrones de luz que pasan a través del cráneo para activar las neuronas de la corteza cerebral.
Cómo funciona
Los neurobiólogos de Northwestern llevan años trabajando en este tipo de implantes. En 2021 publicaron un primer artículo, para el que utilizaron un solo diodo de Micro-LED, la tecnología que está revolucionando los televisores, diseñado para activar poblaciones específicas de neuronas en lo profundo del cerebro con ráfagas de luz.
El objetivo era influir en el comportamiento social de los ratones y hacerlo sin recurrir a cables de fibra óptica, que restringían los movimientos de los sujetos sometidos a estos experimentos. Esta versión inalámbrica permitía un uso más libre, pero carecía de la potencia y versatilidad suficiente como para modificar patrones cerebrales relacionados con los sentidos.
El dispositivo optogenético desarrollado en 2021 por investigadores de la Universidad de Northwestern Omicrono
En este segundo estudio, los investigadores aseguran haber ampliado notablemente la capacidad del dispositivo. "Ahora estamos utilizando una matriz de 64 micro-LED para controlar el patrón de actividad cortical", aseguró Mingzheng Wu, autor principal del artículo. "El número de patrones que podemos generar con diversas combinaciones de LED —frecuencia, intensidad y secuencia temporal— es casi infinito".
De hecho, para demostrar la versatilidad y el control total sobre el implante, Wu y sus compañeros han grabado un vídeo en el que los diferentes patrones que se dibujan en el pequeño dispositivo forman piezas de Tetris.
Estas luces son mucho más relevantes de lo que parece a simple vista. Según sus responsables, son la pieza fundamental de los primeros dispositivos totalmente implantables, programables, inalámbricos y sin batería capaces de activar las neuronas con luz.
Cada uno de los Micro-LED se puede controlar en tiempo real para enviar secuencias complejas al cerebro, que este puede interpretar como algo similar a lo que ocurre con las sensaciones que llegan al oído, el gusto, la vista o el tacto.
El dispositivo inalámbrico que 'se comunica' con el cerebro mediante luz
Estas experiencias sensoriales no se limitan a activar pequeños grupos de neuronas, sino que afectan a redes corticales distribuidas. Para lograrlo, el implante tiene un diseño multirregional, capaz de imitar los patrones que se dan de forma natural en las capas más profundas del cerebro.
La otra gran ventaja de este dispositivo es que es mucho menos invasivo que los implantes habituales. Tiene el tamaño de un sello postal, es más delgado que una tarjeta de crédito, y ha sido diseñado para ser suave y flexible, por lo que se adapta a la perfección a la superficie del cráneo.
Para pasar a través del hueso y penetrar en los tejidos, utiliza luz roja, que "alcanza una profundidad suficiente para activar las neuronas a través del cráneo", según Kozorovitskiy
Modificación genética
Para llevar a cabo las pruebas necesarias con el objetivo de evaluar la eficacia del sistema, los investigadores de Northwestern recurrieron a ratones modificados genéticamente para que sus neuronas corticales fueran sensibles a la luz.
Para que los ratones asociaran un patrón de estimulación cerebral con una recompensa en forma de comida, los neurobiólogos los entrenaron para que acudieran a un puerto específico en una cámara sellada.
En los ensayos, el implante generó un conjunto de impulsos luminosos específicos en cuatro zonas del cerebro, configurando un patrón que actuaba como un código neuronal único. Los ratones aprendieron con rapidez a interpretar esas señales y a distinguirlas entre muchas otras posibles, reconociéndolas como información útil.
![Dispositivo de Neuralink.](["https:\/\/s3.elespanol.com\/2023\/09\/20\/omicrono\/tecnologia\/795930592_236180259_320x180.jpg"])
Lo más sorprendente es que, incluso sin recurrir al tacto, la vista o el oído, los animales pudieron procesar esos patrones para tomar decisiones y completar con éxito las tareas que se les planteaban, eligiendo el puerto correcto en un alto porcentaje de ocasiones.
"Al seleccionar sistemáticamente el puerto correcto, el animal demostró que había recibido el mensaje", explica Wu. "No pueden utilizar el lenguaje para decirnos lo que sienten, por lo que se comunican a través de su comportamiento".
"Esto representa un importante paso adelante en la construcción de dispositivos que pueden interactuar con el cerebro sin necesidad de cables pesados o hardware externo voluminoso", afirma John A. Rogers, otro de los responsables de esta revolucionaria tecnología. "Es valioso tanto a corto plazo para la investigación básica en neurociencia como a largo plazo para abordar los retos de salud en los seres humanos".
El próximo paso de los investigadores es probar patrones más complejos, además de averiguar cuántos patrones distintos puede aprender el cerebro. Además, en próximos desarrollos el equipo valora integrar más LED, dejar menos espacio entre ellos, fabricar matrices más grandes para cubrir más superficie de la corteza cerebral y utilizar longitudes de onda capaces de una estimulación aún más profunda.
En cuanto a su potencial para sus futuras aplicaciones en seres humanos, los expertos señalan la capacidad de "proporcionar retroalimentación sensorial para prótesis de extremidades, suministrar estímulos artificiales para futuras prótesis de visión o audición, modular la percepción del dolor sin opioides ni fármacos sistémicos, mejorar la rehabilitación después de un accidente cerebrovascular o una lesión, controlar extremidades robóticas con el cerebro y mucho más".
