Los neuroestimuladores, también conocidos como marcapasos cerebrales, envían impulsos eléctricos a áreas específicas del cerebro a través de electrodos especiales. Se estima que alrededor de 200.000 personas en todo el mundo se benefician actualmente de esta tecnología, incluidas aquellas que padecen la enfermedad de Parkinson o espasmos musculares patológicos. Según Mehmet Fatih Yanik, profesor de neurotecnología en ETH Zurich, futuras investigaciones ampliarán enormemente las aplicaciones potenciales: en lugar de usarse exclusivamente para estimular el cerebro, los electrodos pueden usarse para registrar con precisión la actividad cerebral y analizarla en busca de anomalías asociadas. Trastornos neurológicos o mentales. En un segundo paso, en el futuro es posible tratar estas anomalías y trastornos mediante impulsos eléctricos.
Para ello, Yannick y su equipo han desarrollado un nuevo tipo de electrodo que permite un registro más detallado y preciso de la actividad cerebral durante un período de tiempo prolongado. Estos electrodos están hechos de haces de fibras muy finas y flexibles de oro conductor de electricidad revestido de polímero. Gracias a un proceso desarrollado por investigadores de la ETH Zurich, estos haces pueden insertarse en el cerebro muy lentamente, por lo que no causan daños detectables en el tejido cerebral.
Esto distingue al nuevo electrodo de las tecnologías de la competencia. De ellos, quizás el más conocido públicamente sea Neuralink, una empresa de Elon Musk. En todos estos sistemas, incluido Neuralink, los electrodos son lo suficientemente anchos. “Cuanto más grande sea la sonda, aunque sea flexible, mayor será el riesgo de dañar el tejido cerebral”, explica Yannick. “Nuestros electrodos son tan finos que pueden pasar por largos procesos que se extienden desde las células nerviosas del cerebro. Son tan gruesos como los procesos de las células nerviosas”.
El equipo de investigación probó los nuevos electrodos en el cerebro de ratones utilizando cuatro haces, cada uno de ellos formado por 64 fibras. En principio, explica Yannick, se podrían utilizar cientos de fibras de electrodos para investigar la actividad de un número aún mayor de células cerebrales. En el estudio, se conectaron electrodos a un pequeño dispositivo de grabación colocado en la cabeza de cada rata, permitiéndoles moverse libremente.
Ningún efecto sobre la actividad cerebral.
En las pruebas, el equipo de investigación pudo confirmar que las sondas son biocompatibles y que no afectan la función cerebral. Dado que los electrodos están muy cerca de las células nerviosas, la calidad de la señal es muy buena en comparación con otros métodos.
Al mismo tiempo, las sondas son adecuadas para actividades de seguimiento a largo plazo, ya que los investigadores registran señales de las mismas células en el cerebro de los animales durante todo el experimento de diez meses. Las pruebas no mostraron daños en el tejido cerebral durante este tiempo. Otra ventaja es que los haces pueden ramificarse en diferentes direcciones, lo que significa que pueden llegar a múltiples áreas del cerebro.
Los ensayos en humanos comenzarán pronto
En el estudio, los investigadores utilizaron los nuevos electrodos para rastrear y analizar la actividad de las células nerviosas en diferentes áreas del cerebro de la rata durante varios meses. Pudieron determinar que las células nerviosas de diferentes regiones eran “coactivas”. Los científicos creen que esta interacción sincrónica a gran escala de las células cerebrales desempeña un papel clave en el procesamiento de información compleja y la formación de la memoria. “La tecnología es de gran interés para la investigación básica que investiga estas funciones y sus alteraciones en los trastornos neurológicos y psiquiátricos”, explica Yannick.
El grupo trabajó con otros investigadores del University College de Londres para probar el uso diagnóstico de los nuevos electrodos en el cerebro humano. En concreto, el proyecto involucra a epilépticos que no responden a la terapia farmacológica. En tales casos, el neurocirujano puede extirpar una pequeña parte del cerebro donde se producen las convulsiones. La idea es utilizar el método del grupo para localizar con precisión el área afectada del cerebro antes de extraer el tejido.
Interfaz cerebro-máquina
También hay planes para utilizar nuevos electrodos para estimular las células cerebrales humanas. “Esto podría ayudar a desarrollar terapias más efectivas para las personas con trastornos neurológicos y psiquiátricos”, afirmó Yannick. En trastornos como la depresión, la esquizofrenia o el TOC, determinadas áreas del cerebro suelen verse afectadas, lo que provoca problemas para evaluar la información y tomar decisiones. Usando nuevos electrodos, puede ser posible detectar de antemano señales patológicas generadas por redes neuronales en el cerebro y luego estimular el cerebro de una manera que alivie tales trastornos. Yannick también cree que la tecnología podría conducir a interfaces cerebro-máquina para personas con lesiones cerebrales. En tales casos, se pueden utilizar electrodos para leer sus objetivos y así, por ejemplo, controlar prótesis o sistemas de emisión de voz.