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La era de los implantables

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Sin duda estamos en un periodo muy activo en el campo de la neurotecnología que impacta directamente en diversos campos como la investigación básica en neurociencia, la investigación translacional e incluso en el ámbito comercial con la aparición de interfaces “cerebro-máquina” mínimamente invasivos.

La reciente creación de iniciativas globales para la investigación sobre el cerebro (BRAIN initiatives) en Estados Unidos, la Unión Europea, Japón y China ha impulsado, de forma significativa, la investigación multidisciplinar para el desarrollo de nuevas tecnologías con el objetivo de descifrar el mapa anatómico-funcional del cerebro. Estos avances son esenciales para conseguir terapias que vayan más allá de los tratamientos convencionales y que proporcionen una mejora significativa en las vidas de personas con daños cerebrales.

La terapia neuro-rehabilitadora con una interfaz “cerebro-máquina” (Brain Machine Interface, BMI) puede ayudar a conseguir dicho objetivo. El BMI consiste en unos microelectrodos intracorticales que registran la actividad neuronal. Son algoritmos matemáticos que transforman esta actividad en señales de control de órtesis robóticas o exoesqueletos provocando que cuando un paciente (que ha sufrido un ictus por ejemplo) intente generar un movimiento con su miembro paralizado, éste sea posible. De esta forma, se consigue un bypass entre el cerebro y la mano o, brazo paralizado.

La investigación sobre interfaces “cerebro-máquina” dio sus primeros pasos al lograr que tanto ratones como monos y humanos pudiesen controlar en tiempo real y mediante señales cerebrales, cursores de ordenador y prótesis robóticas. Desde entonces, los sistemas BMI han avanzado, incluso permitiendo investigar cómo el cerebro aprende y se adapta.

Sin embargo, todavía hay ciertos obstáculos que la ciencia necesita superar para obtener sistemas de BMI prácticos. Los implantes deben tener un tamaño cada vez más reducido; usar poca batería, comunicarse de forma inalámbrica y sobre todo, tener una duración que les permita resistir durante los años de vida del paciente.

Una vez superados estos obstáculos se procederá a sofisticar los sistemas BMI para que puedan controlar no solo sistemas primitivos, sino también prótesis biónicas complejas que permitan al paciente realizar movimientos complicados de forma más natural y sencilla. El BMI óptimo no solo puede transformar un pensamiento en una acción “controlando” la máquina, sino que también permite “sentir” a la máquina y esta sensación es percibida a nivel cerebral por el usuario, logrando así una interacción bidireccional.

La parte del “control” se produce cuando un paciente quiere por ejemplo, mover un brazo robótico para coger un vaso de agua que tiene en la mesa. En este caso lo primero que se necesita es “decodificar” la intención. Por otro lado, se encuentra la parte de la percepción, de “sentir” la prótesis y lo que ésta está agarrando o tocando. Para que un paciente aprenda a controlar la prótesis de forma espontánea es imprescindible que haya una combinación de feedback visual, táctil y auditivo. Esta información deberá de ser codificada para ser enviada de vuelta hacia el cerebro; forma un sistema bidireccional.

Además de estos sistemas de interfaz “cerebro-máquina” existen otras tecnologías implantables como los neuromoduladores-estimuladores” equivalentes a un “marcapasos” para el cerebro. Éstos se presentan como una alternativa a la farmacología. Estas tecnologías revolucionarán la neurología y neuropsiquiatría ofreciendo neuroprótesis y novedosas terapias de neuro-rehabilitación. Permitirán un tratamiento personalizado de la patología basado en un entendimiento de la fisiología (redes neuronales) de cada individuo.

El inminente aumento de enfermedades neurodegenerativas y de salud mental debido al envejecimiento de la población contribuye a que sea necesario desarrollar estas tecnologías. Además, se abrirán nuevos horizontes hasta ahora no explotados como el comercial con la aparición de los MUI (Mental User Interfaces) vía interfaces mínimamente invasivos y que tendrán diversas aplicaciones en productos electrónicos, Smartphones, etc.

Estamos en la era de los “wearables” y “attachables”,  que dará paso a la era de los “implantables”.

Sobre José María Carmena

Profesor de Ingeniería Electrónica y Neurociencia en la Universidad de California-Berkeley. Colaborador de TECNALIA en el proyecto IsMore orientado a la rehabilitación del miembro superior de pacientes de ictus a través de un implante cerebral y un exoesqueleto y co-director del centro de neuroingeniería y prótesis en UC Berkeley UC San Francisco. Su laboratorio utiliza interfaces cerebro-máquina para investigar los mecanismos neuronales del sistema motor y desarrollar la base científica y tecnológica de sistemas neuroprotésicos para personas con discapacidades motoras y cognitivas.

El Dr. Carmena recibió las titulaciones de Ingeniero Técnico Industrial por la Universidad Politécnica de Valencia en 1995, ingeniero superior en electrónica por la universidad de Valencia en 1997, Máster en Inteligencia Artificial por la universidad de Edimburgo (Escocia) en 1998, y doctorado en robótica por la misma universidad en 2002. De 2002 a 2005 fue investigador postdoctoral en la universidad de Duke en Carolina del Norte (USA). Desde 2005 es miembro del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, y del Helen Wills Neuroscience Institute en la Universidad de California-Berkeley.

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