Publicado recientemente en la revista «Nature», el estudio corrió a cargo de neuroingenieros y otros científicos en el marco de una colaboración internacional dirigida por la École Polytechnique Fédéral de Lausanne (Suiza, entidad coordinadora de los proyectos WALK AGAIN y E-WALK) y en la que participaron la Universidad Brown (Estados Unidos), el Instituto Fraunhofer ICT-IMM (Alemania, coordinadora del proyecto NEUWALK) y Medtronic. Este trabajo se apoya en tecnologías desarrolladas en la Universidad Brown y comprobadas en cooperación con la Universidad de Burdeos, Motac Neuroscience y el Hospital Universitario de Lausana.
«El sistema desarrollado emplea señales registradas en la corteza motora encefálica para activar una estimulación eléctrica coordinada de los nervios de la médula espinal responsables del movimiento», comentó David Borton, profesor asociado de ingeniería en la Universidad Brown y uno de los autores principales del estudio. El sistema se ha probado en dos macacos y en un futuro se diseñará un sistema similar para humanos con lesiones medulares.
La capacidad de andar es posible gracias a una interacción compleja entre las neuronas cerebrales y la médula espinal en la que señales eléctricas originadas en la corteza motora encefálica viajan hasta la región lumbar de la médula espinal. En esa zona, las señales activan neuronas motoras que coordinan el movimiento de los músculos responsables de extender y flexionar la pierna. Una lesión en la zona superior de la médula espinal puede interrumpir la comunicación entre el encéfalo y la parte baja de la médula espinal y así provocar que las neuronas medulares no sean capaces de coordinarse y que se pierda la capacidad de andar.
El nuevo sistema se sirve de un conjunto de electrodos del tamaño de una píldora implantado en el encéfalo para registrar las señales de la corteza motora y un neurosensor inalámbrico que envía las señales obtenidas por el chip encefálico a un ordenador. En dicho dispositivo se descodifican y se vuelven a enviar también por medios inalámbricos a un estimulador eléctrico medular implantado en la zona lumbar de la médula, por debajo de la lesión. La estimulación eléctrica, enviada en forma de patrones coordinados por el encéfalo descodificado, sirve de estímulo a los nervios medulares que controlan el movimiento.
El sensor encefálico y el transmisor inalámbrico se implantaron en macacos sanos para calibrar la decodificación de las señales encefálicas. Las señales recabadas por el sensor se hicieron corresponder con los movimientos de la pierna del animal, mostrando de este modo que el descodificador era capaz de identificar con precisión los estados encefálicos asociados con la extensión y la flexión de los músculos de la extremidad. Tras combinar los conocimientos recabados sobre la influencia de las señales encefálicas en la locomoción y los registros medulares, los investigadores comprobaron el sistema al completo con dos macacos que sufrían lesiones parciales en la médula espinal a la altura de la caja torácica. Al poner en marcha el sistema en un momento en el que los animales no poseían control de su pierna afectada, éstos comenzaron a mover sus piernas de manera espontánea en una cinta andadora. Las comparaciones cinemáticas con los macacos sanos empleados como control, mostraron que los macacos lesionados, asistidos por estimulación controlada por el encéfalo, lograron generar patrones de movimiento locomotor casi normales.
«Al optar por un sistema inalámbrico es posible registrar la actividad neuronal en contextos normales de comportamiento natural —afirmó Borton—. Este tipo de tecnologías de registro inalámbrico resultan fundamentales para el desarrollo futuro de neuroprótesis que ayuden a pacientes humanos a realizar actividades cotidianas».
Se abre así una ventana de esperanza hacia el desarrollo de un sistema similar para humanos, si bien aún es necesario superar diversos obstáculos, por ejemplo la incapacidad del sistema para enviar de vuelta al encéfalo información sensorial. Además, no se logró medir la presión que eran capaces de ejercer los animales en la pierna afectada.
«Hay un dicho en el ámbito neurocientífico que reza que los circuitos que se activan juntos se acaban uniendo —comentó Borton—. Nuestra intención es que al conectar el encéfalo y la médula espinal sea posible mejorar el crecimiento de los tejidos durante la rehabilitación. Este es uno de los principales objetivos de nuestro trabajo y de este campo científico en general».
Para más información, consulte:
Página web del proyecto NEUWALKPágina del proyecto E-WALK en CORDISPágina del proyecto WALK AGAIN en CORDIS
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