NEUROCIENCIA

Neuroprótesis o la fuerza del pensamiento

Ni magia, ni milagros. No es ciencia-ficción, ni parapsicología: es bioingeniería médica. El desarrollo de interfaces mixtas cerebro-máquina, que permitan el control mental de ordenadores y otros dispositivos robotizados, se perfila como una de las tecnologías que revolucionarán el mundo en las próximas décadas. Los primeros ensayos con implantes neuronales y neuroprótesis ya han comenzado y sólo es cuestión de tiempo -y de financiación- que estos desarrollos sean aplicables a la resolución de problemas sensoriales y de movilidad, como la ceguera o las tetraplejias.

El futuro cercano viene cargado de novedades en la relación del hombre con la máquina. Neurobiólogos e ingenieros biomédicos de distintos centros de investigación de todo el mundo avanzan en la experimentación de lo que podría significar una nueva concepción del cuerpo humano, con un organismo regido voluntariamente por impulsos cerebrales controlados y capaz de salvar las limitaciones espaciales o la pérdida de funciones motoras y sensoriales.

Esta hazaña se puede llevar a cabo gracias a dispositivos protésicos que funcionan por electroestimulación y comunican al cerebro con la máquina, la voluntad con la acción, permitiéndole enviar señales al propio organismo o a otras máquinas y "sin mover un dedo".

Uno de los grandes retos de la neurobiología actual es entender mejor el funcionamiento del cerebro, conocer qué clase de información se transmite desde nuestro "centro de control" para, por ejemplo, ordenar el movimiento necesario para asir un objeto; y conocer también qué señales de respuesta se producen desde las yemas de los dedos al cerebro para informarle de lo que está sucediendo allí. Descubrir y controlar este mecanismo supone una ardua tarea, pues el volumen de señales que es capaz de transmitir el cerebro en milésimas de segundo es enorme; y traducir después esas descargas en lenguaje de ceros y unos para poder ser procesadas por un ordenador tampoco resulta menos complicado Así, el primer objetivo de las neuroprótesis sería ése: conseguir la detección, el registro y el procesado de señales nerviosas y, a partir de ahí, desarrollar mecanismos de control de la actividad muscular.

Básicamente, la idea de los implantes neuronales consiste en disponer de una máquina, un ordenador, conectado al cerebro que registre las señales de la corteza cerebral y que envíe a los músculos esta información, bien a través de cables, bien por ondas de radio. El ordenador recogería también la información "de vuelta", a partir de las señales de los nervios periféricos y de otros sensores externos, que sería enviada de nuevo a la corteza cerebral, en bucle cerrado, para ajustar la orden y así afinar los movimientos, y también, por supuesto, para informar al cerebro de lo que está sucediendo con el cuerpo.

De esta manera, alguien que ha perdido la facultad de mover un miembro, podría hacerlo sólo con pensarlo, al transmitirle a una máquina la orden de enviar las señales necesarias al músculo y a los nervios responsables de ese movimiento.


Éxitos de laboratorio

Es el sueño hecho realidad de todo aprendiz de mago: mover las cosas a distancia con el solo poder del pensamiento y hacer volar objetos con misteriosas maniobras telekinésicas... En este caso, los afortunados principiantes fueron dos monos (lémures) que, llenos de electrodos debidamente conectados a distintas áreas de sus cortex, consiguieron mover unos brazos robotizados situados a casi mil kilómetros de distancia. El experimento se llevó a cabo en la Universidad de Duke, en Carolina del Norte, y fue dirigido por el neurobiólogo brasileño Miguel Nicolelis, hace alrededor de un año. Con este experimento Nicolelis consiguió medir las señales eléctricas de 90 neuronas en cuatro áreas diferentes del cerebro del mono y pudo mostrar cómo los brazos mecánicos se movían a distancia, reproduciendo el propio movimiento de los monos cuando estos cogían algún objeto o manipulaban un joystick.

Otros ensayos similares llevados a cabo con ratas consiguieron que éstas controlaran un dispositivo robótico sólo con su actividad neuronal. Se trataba de obtener agua presionando una palanca. Esta sencilla acción de los roedores sobre la palanca sirvió a los investigadores para identificar y grabar la actividad de la región cerebral implicada en ese movimiento.

Más tarde las mismas señales se transmitirían directamente desde unos electrodos implantados en el cerebro de los animales y conectados a un ordenador hasta el brazo robótico. Como resultado, los animales obtuvieron entonces el agua sin necesidad de accionar mecánicamente la palanca, sólo con desearlo.

El secreto del éxito de las técnicas de electroestimulación, que es la base del funcionamiento de estos implantes, está en encontrar las neuronas implicadas en cada tarea específica. Si bien en la actualidad se han conseguido grabar y descodificar unas 100 neuronas, los expertos estiman que en los próximos 5 años se podrán haber registrado al menos 2000. En el caso concreto de las personas con parálisis, esto resolvería buena parte de los problemas que presenta la complejidad de la marcha y, junto a los entrenamientos adecuados, conseguirían excelentes resultados en la recuperación de su movilidad. Obviamente, el desarrollo y perfeccionamiento de estos experimentos, que ya representan significativos avances en este campo, tendrían implicaciones muy importantes no sólo para las personas que padecen minusvalías producto de daños en su sistema neurovegetativo sino también para disminuidos sensoriales.


Neuroprótesis implantadas en humanos

El programa europeo "Levántate y Anda" (SWAM, en sus siglas en inglés) es quizá el estudio sobre neuroimplantes más completo de los llevados a cabo en los últimos años. Este proyecto, desarrollado por el profesor francés Pierre Rabishong de la Universidad de Montpellier, logró el año pasado devolver la capacidad de mover las piernas, en mayor o menor grado, a tres parapléjicos. Mediante un chip implantado en el abdomen que envía señales eléctricas a unos electrodos conectados a los nervios y grupos musculares de las piernas, los distintos sujetos que participaron en el experimento consiguieron mover sus miembros y hasta ponerse en pie. Este microchip, que mide 4 mm de longitud y lleva integrados 10.000 transistores, fue desarrollado por IBM e incluye un software para programar el movimiento, que en un futuro podría ser controlado por el propio usuario desde un simple botón o incluso una especie de completo "bastón de mando".

El sistema, que sólo puede ser utilizado por aquellas personas que conserven su masa muscular en buen estado, fue financiado en sus inicios por la Comisión Europea, pero en la actualidad y al considerar que el proyecto ha entrado en su fase comercial, éste ha dejado de recibir subvenciones públicas para desventura de los más de los 300.000 europeos que padecen estas discapacidades.

Los antecedentes de este sistema de electroestimulación se pueden encontrar en otras aplicaciones ya desarrolladas desde hace años, como la que regula la respiración de los tetrapléjicos, mediante la implantación de electrodos en el diafragma, o la utilizada para regulación de los esfínteres, por ejemplo.

Otro método, aunque no quirúrgico, para aprovechar el potencial eléctrico del cerebro en la mejora de la calidad de vida de algunos enfermos es el ideado por un equipo de investigadores alemanes de la Universidad de Tubinga. Este implante está dirigido a salvar de la incomunicación a los enfermos de ELA (esclerosis lateral amiotrófica) y consiste en la colocación de dos pequeños electrodos en la parte superior de la cabeza del enfermo que registran la actividad de su corteza motora cerebral. Con un cierto entrenamiento los pacientes pueden llegar a escribir directamente con el "pensamiento" en la pantalla de un ordenador, utilizando el movimiento del cursor arriba y abajo para seleccionar las letras deseadas. La técnica resulta algo limitada al basarse en elecciones binarias simples, pero tiene la ventaja de que no necesita cirugía, con los riesgos asociados que ésta conlleva.


Volver a sentir

Otras aplicaciones de las neuroprótesis se dirigen a la restauración de capacidades sensoriales perdidas, como la vista y el oído. En el primer caso, uno de los experimentos más antiguos para recuperar la visión utilizando la implantación de electrodos en el cerebro es el del "ojo artificial", llevado a cabo por primera vez por el Dr. William Dobelle en 1978, fundador del Dobelle Institute, dedicado hoy a la fabricación y distribución de implantes cerebrales para diversas funciones.

El ingenio en cuestión consiste en unas gafas que llevan incorporados dos dispositivos: una pequeña cámara de televisión y un sensor ultrasónico. Ambos están conectados a un ordenador que el paciente lleva colgado en la cintura y que, una vez procesada la información recibida, transmite a otra máquina la orden de enviar estas señales a unos electrodos de platino implantados en el cerebro, en el cortex visual. Una recibidas estas señales los electrodos estimulan las células encargadas de percibir destellos de luz, con lo que se produce la visión.

Aunque el sistema no es adecuado para que un ciego recupere la agudeza visual normal, sí sirve para que pueda desenvolverse satisfactoriamente e identifique los objetos. El siguiente paso en esta dirección, y en el que ya se está trabajando, sería la sustitución de la cámara por un dispositivo electrónico más sofisticado, un sistema bioinspirado, con conexiones sin cables (telemetría) y que permita al paciente ver en una pantalla y usar Internet, por ejemplo.

En cuanto a las neuroprótesis utilizadas para la recuperación del oído, los implantes más comunes son las prótesis cocleares, dispositivos electrónicos que sustituyen a las estructuras del oído deterioradas, la cóclea en este caso, encargada de convertir el sonido en un impulso nervioso. Estos implantes, utilizados con éxito en miles de pacientes, se encargan de captar las señales auditivas por un micrófono, convertirlas en impulsos eléctricos y estimular el nervio auditivo. Este sistema, aunque muy avanzado, tiene un alto coste, requiere de muchos ajustes y pruebas específicas y no es eficaz en todo tipo de pacientes.

Por último, y para ir mucho más lejos en la experimentación, una pareja británica se ha implantado recientemente un chip con el que pretenden comunicarse entre sí sólo con el pensamiento. La pareja, formada por Kevin Warwick, un profesor de cibernética de la Universidad de Reading, y su esposa, persigue la interacción cerebral enfocada al control de movimientos. Para ello, se han hecho implantar un chip de 5 cm conectado a las terminaciones nerviosas del brazo, de tal manera que los impulsos del profesor convertidos en señales de radio se envían a un ordenador y desde éste parten hasta el chip de su pareja, que realizaría exactamente el mismo movimiento. El propio protagonista del experimento sostiene que con esta misma teoría, y a través de un chip, se podría llegar a la transmisión de otro tipo de "impulsos", como sentimientos, deseos y pasiones...


Desde luego, los primeros pasos ya han sido dados; pero aún queda un largo camino por recorrer hasta llegar a convertirnos en esos legendarios cyborgs de las novelas, capaces de recibir información sin la intervención de los sentidos físicos, de volcar su memoria en un disco duro o de controlar a voluntad los distintos centros receptores de sensaciones, como sugiere el profesor británico.

Por el momento, las neuroprótesis abren todo un mundo de posibilidades para aquellas personas que permanecen incomunicadas o incapacitadas a causa de lesiones de su sistema nervioso, ausencia de miembros o deficiencias sensoriales. El desarrollo de nuevas tecnologías, junto al estudio del cerebro permitirán diseñar dispositivos aptos para muy distintos usos, que muy bien pueden comenzar a borrar las fronteras entre el hombre y la máquina.

Autor: Elvira Fernández | 2001