CULTURA|CIENCIA
Un estudio ejemplifica cómo la combinación de tecnología y ciencia ha permitido logros médicos impresionantes, y surge la gran importancia de continuar investigando cómo las máquinas pueden mejorar nuestra calidad de vida.
Imagina que un día vas de regreso a tu casa luego de un largo día de trabajo. Durante tu trayecto, el vehículo en el que te movilizas sufre un gran impacto, quedas inconsciente y despiertas sin poder mover tus piernas y por consiguiente no puedes caminar. Esto suena horrible y quisiéramos que jamás ocurriera, pero es algo que le ocurre a millones de personas en el mundo. Cuando se sufre una lesión de médula espinal se pierde fuerza, sensibilidad y/o movilidad de extremidades debajo de la lesión.
Esto es lo que le ocurrió a un hombre de 38 años que participó en el estudio STIMO-BSI (por sus siglas en inglés de Stimulation Movement Overground – Brain Spine Interface). Esta persona había sufrido una lesión incompleta en la médula espinal cervical durante un accidente en bicicleta hace 10 años. Este tipo de lesión se define como una lesión donde solo están dañadas fibras nerviosas específicas de la médula, por lo tanto, no siempre se tiene los síntomas típicos.
El participante era incapaz de caminar debido a esta lesión lo que lo motivó a participar del primer estudio realizado por Grégoire Courtine y sus colaboradores, en Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suiza. Este primer estudio se denominó STIMO y consistió en instalar un implante de estimulación en la médula espinal para permitir el control voluntario de la marcha, en personas que presentaban déficit motores permanentes o parálisis completas. El implante consiste en una placa inalámbrica que tiene fibras capaces de transmitir señales eléctricas gracias a electrodos. Este permitía enviar estímulos a un conjunto de nervios presentes en los músculos encargados del acto de caminar. Lo realiza a través de una ráfaga de estímulos eléctricos, que ocurre cada cierta frecuencia, para hacer responder selectivamente a las neuronas presentes en la médula espinal lumbosacra (sección de la médula en la parte baja de la espalda), lo que permite que los músculos paralizados retomen el control durante la caminata sobre el suelo. Junto con rehabilitación los pacientes fueron capaces de recuperar el control voluntario de los músculos paralizados.
Pese a que los participantes del estudio STIMO lograron recuperar la marcha, esta se producía de forma poco natural y no podían sortear ambientes desafiantes, como escaleras, terrenos disparejos o inclinados. Es por este motivo que un voluntario decidió participar de STIMO-BSI, que podría decirse que es la segunda versión del estudio STIMO. En esta ocasión los investigadores desarrollaron una interfaz cerebro-médula, que es una forma de tener una conexión directa entre el cerebro y la médula espinal lumbosacra que permitiría realizar movimientos de forma voluntaria. Esto puede realizarse a través de tecnología actual, como computadores, cables, placas conductoras, entre otras. En este caso esa conexión fue de forma inalámbrica y voluntaria.
Es posible que el lector piense ¡Qué impresionante! Sin embargo, déjenme contarles cómo lo hicieron, lo cual les asombrará más aún.
El principal problema cuando una persona sufre una lesión de médula espinal es que la conexión entre el cerebro y las extremidades se encuentra cortada, y así, lo esencial es recuperar esta conexión. Para realizar esto lo primero es saber cuál es la acción que quiere realizar la persona, por lo tanto se debe codificar las señales neuronales del cerebro. De esta forma el grupo de investigadores diseñó un implante de 64 electrodos con un tamaño de 4×4 milímetros. Si ¡muy pequeño! El objetivo de que tuviera este tamaño es que se pudiera implantar directamente en el cerebro. Se realizó una cirugía donde se extrajo una sección del cráneo de la persona, para luego colocar el implante en el cerebro, que es capaz de captar señales a través de electrocorticografía (técnica que permite registrar las señales eléctricas de un conjunto de neuronas). Posteriormente realizaron una cirugía para posicionar un implante que fuera capaz de estimular los ganglios de la raíz dorsal en la médula espinal (grupo de ganglios que se ubican en un conducto formado por las vértebras), fibras que normalmente son las encargadas de recibir y llevar la señal eléctrica hasta los músculos para realizar los movimientos deseados. Este último implante también era pequeño y tenía 16 canales que estimulaban músculos específicos implicados en la marcha.
Ambos implantes se conectaban gracias a una unidad de procesamiento inalámbrica que tenía 3 funciones principales: Recibir la información cerebral, predecir los movimientos musculares a través de información extraída y enviar comandos de estimulación a los músculos. Esta unidad tiene un retraso de respuesta de apenas 0.1 segundo y gracias al sistema de predicción la persona es capaz de caminar de forma natural.
Para que la persona pudiera caminar primero se realizó una calibración de todo el sistema a través de un avatar virtual que el participante controlaba a través de sus intenciones de movimiento. Está calibración tuvo un tiempo de aprendizaje de apenas 100 segundos, lo cual es otro punto destacable, ya que la persona se demoró un minuto y medio aproximadamente en controlar efectivamente un musculo necesario para caminar. De esta forma realizaron una calibración del sistema con todos los músculos implicados en la marcha y se trazó un mapa de acuerdo con los pensamientos que recibía el implante cerebral.
¡Y luego a caminar! El paciente pudo caminar gracias al sistema BSI. Cuando este estaba prendido la persona era capaz de realizar la marcha, sin embargo, cuando este sistema se apagaba se recibían las señales cerebrales del paciente con la intención de caminar, pero no podía mover las piernas. Por otro lado, cuando la persona realizaba una pausa voluntaria no se detectaban falsos positivos, en otras palabras, cuando el paciente no quería caminar el sistema BSI no tiraba estímulos por sí solo, lo que lo hace un sistema muy preciso.
Cuando se vio esto los investigadores realizaron 40 sesiones junto al paciente para que lograra caminar de forma natural, probando los diferentes ambientes desafiantes que se nombraron anteriormente. Además, el participante ocupo el sistema en su casa y fue capaz de realizar tareas de la vida diaria de una forma más sencilla. Gracias a la interfaz cerebro médula la persona pudo subir escalas, caminar en terrenos con desnivel y, además, lograr que su caminar fuera mucho más natural.
Finalmente se estudió los movimientos voluntarios de los músculos de la pierna implicados en caminar, luego de todas las sesiones de entrenamiento. Se evidenció que la persona era capaz de mover los músculos de las piernas casi sin resistencia, lo cual no se había logrado con el estudio anterior donde solo se estimulaba la médula y no existía esta interfaz cerebro médula.
Al probar que podía mover los músculos de buena manera, el último paso fue motivar al paciente para que intentara caminar, pero esta vez independiente del sistema de estimulación. Es así como el paciente, con la ayuda de un andador, fue capaz de volver a caminar de forma independiente. Su marcha es más lenta que una persona que jamás sufrió parálisis, pero sus movimientos se perciben naturales y lo más importante es que no son controlados por un estímulo externo. Es así como el participante de este estudió luego de 10 años sin caminar, fue capaz de volver a hacerlo, gracias a un sistema que es capaz de conectar el cerebro con la médula espinal de forma inalámbrica, rápida, que puede predecir movimientos y que gracias a varias sesiones se logró que una persona con parálisis pudiera volver a caminar.
Estos avances reflejan el rápido progreso de la ciencia, logrando hazañas verdaderamente impresionantes en poco tiempo. El futuro para las enfermedades neuronales se observa cada vez más prometedor gracias a nuevas herramientas tecnológicas como la codificación neuronal, la inteligencia artificial, las computadoras y el internet. Este estudio, junto con otros similares, evidencia claramente cómo se ha conseguido codificar información cerebral para enviar señales a máquinas. Un ejemplo reciente destacado es el caso de Neuralink, donde la implantación cerebral de un chip permitirá el control de computadoras y la navegación por internet.
Todo esto nos muestra que la tecnología y la ciencia médica deben ir de la mano para alcanzar grandes avances. Este estudio ejemplifica cómo la combinación de tecnología y ciencia ha permitido logros médicos impresionantes, y surge la gran importancia de continuar investigando cómo las máquinas pueden mejorar nuestra calidad de vida. Este es un gran ejemplo, donde el paciente que logró caminar de forma natural, tras una década de haber sufrido por una parálisis.
Link de artículo en nature: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06094-5
*Este artículo surge del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso.
