El año se despide y es inevitable mirar hacia atrás y hacerrevisión de lo que hemos vivido, los altos y bajos, las sorpresas y retrasos,el progreso personal y colectivo. En con este espíritu que queremos compartirtealgunos de los avances más llamativos en el campo de la neurotecnología, un campo que aún está en su infancia pero que pretende revolucionar la medicina y la condición humana, remediando enfermedades y lesiones cerebrales, devolviendola libertad digital o personas parapléjicas y hasta, eventualmente, la libertadde movimiento de sus extremidades, como pretende lograr Neuralink, la compañíade interfaces cerebro-computador de Elon Musk.
Vamos por partes.
Metamateriales, telekinesis y telepatía
Comenzamos con una peculiar novedad que podría potencialmentehibridar a las interfaces neuronales con los metamateriales, los que sonmateriales creados gracias a la inteligencia artificial y a ingeniería de puntaque poseen atributos inhallables en los materiales común y corrientes. Pudiendo ensamblarse de diversas maneras y tener cargas electromagnéticas programadas.
Estos metamateriales pueden interactuar con las ondascerebrales. Precisamente esa es la hipótesis que se puso a pruebarecientemente, la posibilidad de ejercer telekinesis, mediante ondascerebrales, sobre los metamateriales.
Y no fue un solo estudio, sino que dos. En el primero deellos, publicado en eLigth, se propone y prueba el concepto de metasuperficiecontrolada a distancia (RMCM) mediante ondas cerebrales. Esto significa quela metasuperficie fue controlada mediante ondas cerebrales recogidas en tiemporeal y transmitidas de forma inalámbrica por el usuario. En la prueba del estudio demostraron un RMCM cuyo patrón de dispersión de luz se pudo alterar dinámicamente según las ondas cerebrales del usuario a través de Bluetooth. Algo así como cambiar el reflejo de la luz producido por una ventana con tufuerza de voluntad. No tan extravagante como doblar una cuchara, pero un paso en esa dirección.
El segundo caso es aún más fascinante, pues incluye unaprueba de concepto que incluye un modelode interfaz cerebro-computador (BCI) no invasiva, como los cascos quediseña Kernel, compañía que nos abrió sus puertas y mostró su trabajo desde dentro en un video que puedes ver aquí,pero con el añadido de que la BCI se construya a partir de metamateriales, porlo que podría ser manejada por las ondas cerebrales del usuario. Así es, tal ycomo suena: “un paradigma electromagnético cerebro-ordenador-metasuperficie(EBCM), regulado por la cognición humana mediante señales cerebrales de forma directa y no invasiva.”
El equipo conectó a dos personas a estas EBCM para queenviaran mensajes de texto con sus mentes. Un voluntario era el transmisor y elotro el receptor. Al concentrarse, las ondas cerebrales del emisor cambiabanlas propiedades de la metasuperficie para codificar diferentes mensajesbinarios. Al descodificar, el receptor obtenía el texto telepáticamente, singestos de la cara ni palabras mediante.
Esta configuración transmitió con éxito cuatro secuencias detexto: "Hola mundo", "Hola, Sue", "Hola, Scut" y"BCI metasuperficie". Es un proceso lento, con una media de unoscinco segundos para cada carácter, pero podría mejorarse con algunos"paradigmas de deletreo rápido", según el equipo. A propósito delfuturo potencial de esta tecnología el Dr Cui dijo lo siguiente: "Nuestro trabajo puede abrir una nueva vía para explorar la integración profunda de la metasuperficie, la inteligencia del cerebro humano y la inteligencia artificial, con el fin de crear nuevas generaciones de sistemas de metasuperficie biointeligentes."
Interfaces neuronales mejoran la memoria
Una versión no invasiva de las interfaces cerebro-computadorse puso a prueba en un experimento que buscaba probar si la estimulacióncerebral lograba mejoras en la memoria. La evidencia de esto se publicó en un estudioen la revista Nature Neuroscience.
Shrey Grover, de la Universidad de Boston, y sus colegasreclutaron a 150 voluntarios de entre 65 y 88 años para el estudio. Cadaparticipante recibió estimulación transcraneal de corriente alterna (tACS)durante 20 minutos al día durante cuatro días consecutivos. Cada día, durantela estimulación, realizaban también pruebas de memoria que consistían enrecordar, y a continuación recordar inmediatamente, listas de 20 palabras. Losparticipantes también realizaron las mismas pruebas sin estimulación cerebral,y de nuevo un mes después de la estimulación.
En el primer experimento, 60 participantes fueron distribuidos al azar en tresgrupos. Un grupo recibió estimulación de alta frecuencia en el córtexprefrontal dorsolateral (DLPFC), otro recibió estimulación de baja frecuenciaen el lóbulo parietal inferior (IPL) y el tercero recibió una estimulación"simulada", en la que los electrodos se fijan al cuero cabelludo perono se aplica corriente. Un segundo experimento se diseñó de la misma manera,salvo que se cambió la frecuencia de estimulación de las dos regionescerebrales, de modo que los de un grupo recibieron estimulación de bajafrecuencia del DLPFC y los del otro recibieron estimulación de alta frecuenciadel IPL.
Los investigadores descubrieron que la estimulación de alta frecuencia delDLPFC mejoraba significativamente el recuerdo de palabras de los participantes,especialmente de las palabras al principio de las listas. La estimulación debaja frecuencia del CPI también mejoró el recuerdo, pero en este caso, fueronmás capaces de recordar palabras al final de las listas. Esto está enconsonancia con estudios anteriores que muestran que las oscilaciones"gamma" de alta frecuencia contribuyen a la memoria a largo plazo, yque las ondas cerebrales "theta" de baja frecuencia contribuyen a lamemoria de trabajo (o a corto plazo). El cambio de frecuencia de estimulaciónentre las dos regiones cerebrales en el segundo experimento no produjo el mismoefecto.
El gran resultado de este experimento es que las mejoras en la memoriapersistieron durante al menos un mes después de la estimulación. Losinvestigadores también observaron que cuanto peor era la función de memoria delos participantes antes de la estimulación, mayor y más duradera era su mejora.
Interfaz DBS trata la depresión
Los resultados de un estudio enfocado en la posibilidad detratar la depresión con dispositivos DBS (Deep Brain Stimulation), publicadosr4ecientemente en la revista Molecular Psychiatry, son un gran alicientepara tratar esta compleja enfermedad, ya que revelaron cambios metabólicos enel cerebro durante los 12 meses posteriores a la implantación del DBS, lo quela convierte en una terapia potencial sólida para la depresión resistente altratamiento, según los investigadores de UTHealth Houston.
"Esto es algo que la gente ha estado tratando de hacerdurante mucho tiempo, pero no siempre hemos tenido mucho éxito con el uso delDBS para las enfermedades psiquiátricas", dijo el primer autor ChristopherConner, MD, Ph.D., un ex residente de neurocirugía en el Departamento Vivian L.Smith de Neurocirugía en la Escuela de Medicina McGovern en UTHealth Houston.
"Pero este estudio de PET muestra que estamos alterando el funcionamientodel cerebro a largo plazo y estamos empezando a cambiar la forma en que elcerebro empieza a organizarse y empieza a procesar la información y los datos".
Desde que este dispositivo comenzó a ser implantado se ha utilizado sobre todopara tratar a pacientes que sufren trastornos del movimiento, que afectan alsistema motor del cerebro, como la enfermedad de Parkinson, temblores ydistonía, y se ha estudiado como posible tratamiento para pacientes condepresión resistente al tratamiento. En el procedimiento de implantación delDBS se depositan una serie de electrodos en determinadas zonas del cerebro,donde generan impulsos eléctricos para afectar a la actividad cerebral. Sinembargo, encontrar la parte precisa del cerebro a la que hay que dirigirse paratratar la depresión a largo plazo ha sido uno de los problemas más difíciles deresolver, ya que la depresión actúa como un fantasma en distintas regionescerebrales que están interconectadas por las rutas neuronales.
"Nos centramos en un haz de fibras que salen de esta pequeña zona deltronco cerebral y se dirigen a otras zonas del cerebro", explica Conner.
Los escáneres PET indicaron que esta pequeña área objetivotiene efectos descendentes muy difusos. No se trata de un solo efecto porque nohay una sola zona del cerebro relacionada con la depresión. Hay que cambiartodo el cerebro y, a través de esta pequeña diana, es lo que pudimoshacer".
Los investigadores realizaron un escáner PET inicial antes del procedimientoDBS en los 10 pacientes del estudio para obtener una imagen de referencia.Realizaron exploraciones PET adicionales a los seis y 12 meses para evaluar loscambios después del tratamiento. Las exploraciones de 8 de los 10 pacientesmostraron una respuesta efectiva y esperanzadora pensando en futuros estudiosde mayor escala y tratamientos potenciales.
Nueva técnica para estimulación cerebral
Un grupo de investigadores de la UCL desarrollaron una nuevatécnica capaz de estimular células gliales del cerebro llamadas astrocitos,gracias a un dispositivo magnético desde el exterior del cuerpo. La técnica conque lo lograron se denomina "estimulación magnetomecánica".
El paper que expone este trabajo pionero fue publicado en larevista AdvancedScience. Allí los autores explican que las partículas magnéticasmicroscópicas, o microimanes, se adhieren a los astrocitos y se utilizan comointerruptores mecánicos en miniatura que pueden "encender" lascélulas cuando se coloca un imán fuerte cerca de la cabeza.
El coautor, el profesor Alexander Gourine (Centro deNeurociencia Cardiovascular y Metabólica de la UCL), dijo: "Los astrocitos son células con forma de estrella que se encuentran en todo el cerebro. Sesitúan estratégicamente entre los vasos sanguíneos del cerebro y las células nerviosas. Estas células proporcionan a las neuronas un apoyo metabólico y estructural esencial, modulan la actividad de los circuitos neuronales y pueden funcionar también como versátiles vigilantes del medio cerebral, sintonizados para detectar condiciones de posible insuficiencia metabólica.
"La capacidad de controlar los astrocitos cerebralesmediante un campo magnético proporciona a los investigadores una nueva herramienta para estudiar la función de estas células en la salud y la enfermedad que puede ser importante para el futuro desarrollo de tratamientos novedosos y eficaces para algunos trastornos neurológicos comunes, como la epilepsia y el ictus".
El investigador principal, el Dr. Yichao Yu (Centro deImágenes Biomédicas Avanzadas de la UCL), dijo: "Nuestra nueva tecnología utiliza partículas magnéticas e imanes para controlar de forma remota y precisa la actividad de las células cerebrales y, lo que es más importante, lo hace sin introducir ningún dispositivo ni agentes foráneos al cerebro que podrían gatillar infecciones o reacciones potencialmente nocivas por parte del sistema inmunológico.
"En el estudio de laboratorio, recubrimos partículasmagnéticas microscópicas con un anticuerpo que les permite unirse específicamente a los astrocitos. A continuación, las partículas se administraron en la región cerebral objetivo de la rata mediante una inyección.Otra ventaja del uso de microimanes es que se iluminan en una resonancia magnética, por lo que podemos rastrear su ubicación y dirigirnos a partes muy concretas del cerebro para conseguir un control preciso de la función cerebral".
Esto conlleva grandes ventajas para la evolución de este método no invasivo de estimulación cerebral, pues a la vez que se evitan losriesgos de implantar un dispositivo directamente en la corteza cerebral, seconserva la capacidad de ubicar las interacciones específicas entre los microimanes y las neuronas.
Presentación Neuralink
A fines de noviembre finalmente pudimos ver la presentación de los avances que ha logrado Neuralink. Musk dijo que la empresa había presentado la mayor parte del papeleo necesario para un ensayo clínico enhumanos a la Administración de Alimentos y Medicamentos, que regula los dispositivos médicos en Estados Unidos. Sumado a esto afirmó que confía en poder comenzar los ensayos clínicos en humanos de aquí a seis meses.
“Hemos estado trabajando duro para estar listos paranuestro primer (implante) humano, y obviamente queremos ser extremadamente cuidadosos y estar seguros de que funcionará bien antes de ponerun dispositivo en un humano”, dijo.
Los dispositivos Neuralink son pequeños, con múltiples "hilos" flexibles que pueden insertarse en el cerebro. "Es comosustituir una parte del cráneo por un reloj inteligente, a falta de unaanalogía mejor", dijo Musk.
En unos 15 minutos se pueden implantar 64 de estos "hilos" en el cerebro mediante un sistema robótico, dijo DJ Seo, vicepresidente de Implant ycofundador de Neuralink, durante la presentación, mientras utilizaba un maniquí para mostrar cómo podría funcionar el proceso.
Uno de los detalles sobre la implantación en el que desarrollaron un método menos invasivo y riesgoso es el de no extraer un pedazode la dura, una capa de tejido de un milímetro que contiene al cerebro antesdel cráneo, sino que, en cambio, atravesarla con las agujas de 40 nanometrosque depositan los hilos con electrodos. Esto reduciría el tiempo derecuperación en gran medida, evitando la inflamación y cicatrices.
En conclusión, ha sido un gran año para la investigación yla vanguardia creativa en el campo de la neurotecnología. A estos ejemplos también podemos añadir el comienzo del primer ensayo clínico en humanos de la interfaz neuronal de Synchron, que tuvo lugar hace un par de meses en Estados Unidos. El año que viene puede ser marcar un hito con el comienzo de losensayos clínicos en humanos de Neuralink y otras sorpresas, algunas de las cuales podrían ser avances de algunos de los avances que te mostramos aquí.
