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Una interfaz cerebro-máquina para mover un exoesqueleto con el pensamiento

Científicos australianos diseñan un dispositivo mínimamente invasivo que se probará con humanos en 2017


Neurólogos australianos han creado una nueva interfaz cerebro-máquina muy poco invasiva, que registra las señales del cerebro y las traduce en órdenes para mover un exoesqueleto u otro dispositivo de ayuda a la movilidad. Se probará por primera vez en humanos en 2017, aunque los resultados pre-clínicos señalan que es seguro a largo plazo.




El dispositivo es del tamaño de un clip. Fuente: Universidad de Melbourne.
El dispositivo es del tamaño de un clip. Fuente: Universidad de Melbourne.
Investigadores médicos de la Universidad de Melbourne (Australia) han creado una nueva interfaz cerebro-máquina mínimamente invasiva, que da a las personas con lesiones de la médula espinal nueva esperanza para caminar de nuevo con el poder del pensamiento.

La interfaz máquina-cerebro se compone de un electrodo a base de estent): un estentrodo, que se implanta en un vaso sanguíneo próximo al cerebro, y registra el tipo de actividad neural del que se conoce que sirve para mover las extremidades a través de un exoesqueleto o para controlar extremidades biónicas.

El nuevo dispositivo es del tamaño de un pequeño clip y se implantará en humanos por primera vez en el Hospital Royal Melbourne en 2017. Los resultados publicados en la revista Nature Biotechnology muestran que el dispositivo es capaz de grabar señales de alta calidad emitidas desde la corteza motora del cerebro, sin necesidad de cirugía cerebral abierta.

El autor principal y neurólogo en el Hospital Royal Melbourne, e investigador en el Instituto de Neurociencias Florey de la Universidad de Melbourne Thomas Oxley dice que el estentrodo es revolucionario. "39 científicos de 16 departamentos han estado involucrados en su desarrollo", señala, en la nota de prensa de la universidad.

"Hemos sido capaces de crear el único dispositivo mínimamente invasivo del mundo que se implanta en un vaso sanguíneo del cerebro a través de un simple procedimiento de un día, evitando la necesidad de cirugía cerebral abierta de alto riesgo. Nuestra idea, a través de este dispositivo, es devolver el funcionamiento y la movilidad a los pacientes con parálisis completa mediante el registro de la actividad cerebral y la conversión de las señales en comandos eléctricos, que a su vez darían lugar al movimiento de las extremidades a través de un dispositivo de asistencia a la movilidad, como un exoesqueleto. En esencia, esto es una médula espinal biónica".

Los derrames cerebrales y las lesiones de la médula espinal son las principales causas de discapacidad, señala la nota.

El co-investigador principal e ingeniero biomédico de la Universidad de Melbourne Nicholas Opie dice que el concepto era similar a un marcapasos cardíaco implantable: interacción eléctrica con el tejido utilizando sensores insertados en una vena, pero en el interior del cerebro.

"Utilizando la tecnología de estent, nuestra matriz de electrodos se autoexpande hasta que se pega a la pared interior de una vena, lo que nos permite registrar la actividad cerebral local. Mediante la extracción de las señales neuronales registradas, podemos utilizar éstas como comandos para el control de sillas de ruedas, exoesqueletos, extremidades protésicas u ordenadores", dice Opie.

Ensayos

"En nuestro primer ensayo en humanos, dentro de dos años, tenemos la esperanza de conseguir control cerebral directo de un exoesqueleto en tres personas con parálisis", añade Opie. "En la actualidad, los exoesqueletos son controlados por la manipulación manual de una palanca de mando para cambiar entre los distintos elementos del pie -levantarse, andar, detenerse, darse la vuelta-. El estentrodo será el primer dispositivo que permita el control directo con el pensamiento de estos dispositivos".

El neurofisiólogo Clive May dice que, según los datos del estudio preclínico, la implantación del producto es segura a largo plazo. "Hemos sido capaces de grabar con éxito la actividad cerebral durante muchos meses. La calidad de la grabación mejoró a medida que el dispositivo se incorporaba al tejido. Nuestro estudio también mostró que era seguro y eficaz implantar el dispositivo a través de angiografía, que es mínimamente invasiva en comparación con los altos riesgos asociados con la cirugía cerebral abierta".

El profesor Terry O'Brien, jefe de Medicina en los Departamentos de Medicina y Neurología del Hospital Royal Melbourne y la Universidad de Melbourne, añade que también se puede utilizar potencialmente, aparte de en personas con lesión de la médula espinal, en enfermos de "epilepsia, Parkinson y otros trastornos neurológicos."

El estudio ha sido financiado por el Departamento de Defensa de EE.UU., y el Consejo Nacional de Salud e Investigación Médica de Australia.

Mano protésica

La Universidad de Houston (EE.UU.) presentó hace un año un interfaz cerebro-máquina para controlar una compleja mano protésica a través de un sistema no invasivo, usando únicamente la mente y sin necesidad de ningún tipo de implante o cirugía.

El sistema aprovecha la orden que manda el cerebro para coger objetos y la reconstruye en movimientos reales. A pesar de encontrarse en fase experimental, el software obtuvo una tasa de acierto del 80 por ciento.

Asimismo, investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana, dirigidos por el español José del R. Millán, están desarrollando dispositivos controlados por el cerebro, como sillas de ruedas y robots, que decodifican señales cerebrales para determinar qué quiere hacer el usuario, y luego son ellos los que hacen el trabajo de la médula espinal, es decir, orquestan los movimientos, en lo que se denomina control compartido.

Referencia bibliográfica:

Thomas J Oxley et al.: Minimally invasive endovascular stent-electrode array for high-fidelity, chronic recordings of cortical neural activity. Nature Biotechnology (2016). DOI: 10.1038/nbt.3428.

Miércoles, 10 de Febrero 2016
Redacción T21
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