Una interfaz cerebro-médula para restaurar la función motora

Una SCI aguda desconecta de manera abrupta el sistema nervioso central funcional del organismo. Un estudio, finalizado recientemente, se centró en el desarrollo de una plataforma neuroprostética capaz de realizar una estimulación eléctrica selectiva de la médula espinal (ESCS) controlada por las intenciones de movimiento del individuo.

El proyecto financiado por la Unión Europea E-WALK (Spinal cord rehabilitation enhanced by the use of data-driven and dynamic cortical state models) desarrolló un método para transformar la intención en movimiento. Los socios diseñaron, construyeron y evaluaron la primera BSI en primates no humanos con el objetivo de modular los circuitos locomotores por medio de una estimulación eléctrica epidural controlada por el cerebro.

Para ello, se implantó una matriz de microelectrodos corticales, un sistema de electromiografía multicanal (EMG) y una matriz ESCS multielectrodo epidural en la región lumbar de la médula espinal de tres macacos. Los implantes fueron equipados con módulos para la transferencia inalámbrica de datos que permitieron el registro simultáneo de señales neuronales de banda ancha y de señales EMG de alta fidelidad. Las señales neuronales y las señales EMG registradas, sincronizadas y digitalizadas fueron empleadas para predecir el ciclo de locomoción, o estados de la marcha, e iniciar los protocolos de estimulación.

Un algoritmo de análisis discriminante lineal predecía los eventos de despegue y de contacto del pie en tiempo real. El programador de estimulación implantado en la espalda de los macacos recibía las órdenes por Bluetooth y transmitía las órdenes a través de una conexión por infrarrojos al estimulador implantado. Seguidamente, el estimulador enviaba los impulsos al array ESC para estimular la médula espinal, que aumentaba la flexión o la extensión de la pierna derecha. Esta estimulación eléctrica funcional sincronizada condujo a un aumento de la actividad muscular durante las fases de oscilación y de apoyo de la marcha. El proceso mejoró la locomoción sin alterar la alternancia rítmica natural de los movimientos y se estimó que el retraso total entre la predicción y la estimulación era de unos 192 milisegundos.

Los resultados obtenidos fomentan significativamente el desarrollo de neuroprótesis basada en ESCS, que ayudarán a restablecer la locomoción en individuos con parálisis.