Las intenciones del cerebro controlan una neuroprótesis

Las personas con amputaciones o parálisis pueden controlar el movimiento de un brazo robótico gracias a unos electrodos implantados en el centro del movimiento del cerebro. Sin embargo, hasta ahora, las neuroprótesis actuales producen movimientos desiguales y no gestos suaves y aparentemente automáticos, pero ahora un equipo de Caltech ha diseñado un tipo de neuroprótesis que se implanta en el cerebro, pero no en la zona que controla el movimiento, sino en el área dónde se genera nuestra ‘intención de movernos’. De esta forma, los investigadores de Caltech han desarrollado una manera de producir movimientos más naturales y fluidos. Y para demostrar que su diseño funciona, los investigadores de Caltech y de la Universidad de California-USC (EE.UU.) han implantado con éxito un dispositivo de este tipo en un paciente con tetraplejia, que ya puede realizar el gesto coger con la mano robótico un vaso e incluso jugar ‘piedra, papel, tijera’.

Los resultados del estudio se publican en « Science».

«Cuando movemos el brazo realmente no pensamos qué músculos vamos a activar ni los detalles del movimiento, como subir y extender el brazo del brazo, coger el vaso, etc.-.», señala Richard Andersen. En su lugar, explica, pensamos en el objetivo del movimiento, por ejemplo, «quiero recoger ese vaso de agua», dice.

Así que nuestra idea fue pedir al paciente que «simplemente imaginara el movimiento en su conjunto, en lugar de descomponerlo en una miríada de componentes». Por ejemplo, continúa Andersen, el proceso de ver a una persona y luego moviendo la mano comienza con una señal visual que se procesa en primer lugar en las áreas visuales más bajos de la corteza cerebral; la señal se desplaza hasta un área cognitiva conocida como la corteza parietal posterior y allí se forma la intención inicial de hacer un movimiento. Y dichas intenciones se transmiten a la corteza motora, a través de la médula espinal y en los brazos y las piernas, donde se ejecuta el movimiento.

Las lesiones de la médula espinal pueden provocar tetraplejia en algunos pacientes debido a que no es posible que las señales de movimiento lleguen desde el cerebro hasta los brazos y las piernas. Como solución, las neuroprótesis utilizadas hasta ahora se han basado en pequeños electrodos que detectan y registran las señales del movimiento en su última parada antes de llegar a la médula espinal: la corteza motora. La señal grabada se traslada a través de haces de cables desde el cerebro del paciente a un ordenador, donde se traduce en una instrucción para una extremidad robótica. Sin embargo, debido a que la corteza motora normalmente controla muchos músculos, las señales tienden a ser muy detalladas y específicas. Lo que el equipo de Caltech quería ver era si la intención simple de mover la mano se podría utilizar para controlar la prótesis, en lugar de pedir al sujeto que se concentrara en cada componente del apretón de manos, un enfoque más minucioso y menos natural.

En realidad, explica Andersen, queríamos mejorar la versatilidad del movimiento que puede ofrecer una neuroprótesis mediante la grabación de señales de una región diferente del cerebro, la corteza parietal posterior o CPC. «La CPC se encuentra en la fase más temprana del proceso de señalización, por lo que las señales están más relacionadas con la planificación de movimiento, es decir, ‘lo que realmente quieres hacer’, en lugar de los detalles de la ejecución de movimiento». El objetivo era hacer los movimientos «más intuitivos».

Ensayo clínico

En el ensayo clínico diseñado para probar la seguridad y eficacia de este nuevo enfoque se implantaron dos matrices de electrodos en dos áreas de la corteza parietal posterior de un paciente tetrapléjico. Cada matriz contiene 96 electrodos activos que cada una registra la actividad de una sola neurona en la corteza parietal posterior. Los chips se conectaron mediante un cable a un sistema informático que procesa las señales, decodifica la intención del sujeto y controlaba los dispositivos de salida, como un cursor de ordenador y un brazo robótico.

Una vez que el paciente se recuperó de la cirugía, fue entrenado para que aprendiera a controlar el cursor del ordenador y el brazo robótico con su mente. Y los resultados fueron justo lo que los investigadores esperaban: el movimiento intuitivo del brazo robótico.

Eric G. Sorto ha sido el primero en probar esta nueva neuroprótesis y ha podido, después de 10 años paralizado, mover una extremidad. « Me sorprendió lo fácil que era, dice», señaló. Esto fue lo más sorprendente, afirma Andersen, porque el paciente fue capaz de controlar la extremidad al primer intento. Esto muestra de lo intuitivo del control cuando se utiliza la actividad a través de la corteza parietal posterior».

Los investigadores creen que esta mejor comprensión de la corteza parietal posterior ayudará a los investigadores a mejorar los dispositivos neuroprotésicos del futuro. En este sentido, los investigadores trabajan para lograr que las neuroprótesis puedan permitir a los pacientes realizar tareas más prácticas que les permitan recuperar algo de su independencia. Con ese fin, Andersen y sus colegas ya están trabajando en una estrategia que podría permitir a los pacientes realizar estas habilidades motoras finas. La clave es ser capaz de proporcionar tipos particulares de retroalimentación sensorial desde el brazo robótico al cerebro.