¿Podría un científico intervenir en un experimento cerebral al otro lado del mundo sin moverse de su escritorio?
Los investigadores han demostrado ahora esa posibilidad enviando comandos desde Chicago a un implante cerebral inalámbrico en Daejeon, Corea del Sur, a 10.596 kilómetros de distancia. La señal viajó a través de internet hasta un ordenador en el laboratorio coreano, que transmitió la orden de forma inalámbrica al implante. El sistema respondió en un promedio de unos 109 milisegundos.
Esta prueba intercontinental fue una demostración de ingeniería: demostró que el dispositivo podía operarse desde otro país.
El control a distancia podría tener una utilidad práctica en la investigación cerebral. Cuando los investigadores entran en un espacio experimental o se acercan a un animal para operar el equipo, su presencia puede afectar su comportamiento. Un dispositivo activado remotamente podría reducir esa interferencia y permitir que científicos en diferentes lugares participen en los mismos experimentos. El sistema, denominado RAPIDO, fue desarrollado por investigadores de KAIST y la Universidad de Yonsei y descrito en un estudio publicado en Science Advances.
Lo suficientemente pequeño como para ser transportado por una rata en movimiento, RAPIDO puede realizar dos tareas diferentes dentro del cerebro. Puede administrar una sustancia a través de un canal diminuto y emitir luz mediante un LED en miniatura. Los investigadores pueden controlar estas funciones por separado y programarlas con antelación. A diferencia de los implantes anteriores, RAPIDO tiene un cartucho recargable y puede administrar dosis programadas y luz a través de Internet.
“Nuestro implante cerebral permite a los investigadores llevar a cabo intervenciones farmacológicas y ópticas repetidas, a largo plazo y controladas a distancia en animales que se mueven libremente, sin necesidad de manipular repetidamente al animal ni reemplazar el implante mediante cirugía adicional”, declaró a ScienceAlert Jae-Woong Jeong, ingeniero eléctrico de KAIST y director del estudio.
“Esto permite realizar experimentos longitudinales con una intervención menos directa y una menor influencia de la presencia del experimentador”.
Tras demostrar la conexión remota, el equipo evaluó estas dos funciones en experimentos separados con ratas. En la primera serie de experimentos, los investigadores probaron el sistema de administración de fármacos.
El implante administraba diferentes dosis de cocaína directamente en el núcleo accumbens, una región del cerebro implicada en el comportamiento relacionado con la recompensa. Las dosis produjeron cambios correspondientes en el movimiento de las ratas, y estos efectos se reprodujeron dos, tres y cuatro semanas después de la implantación.
Esto demostró que el implante podía administrar dosis controladas de forma repetida y producir efectos conductuales medibles durante varias semanas. No se utilizó para el tratamiento de la adicción.
El segundo experimento puso a prueba si la luz podía afectar las preferencias de las ratas. Se utilizó optogenética, que permite que células o procesos específicos respondan a la luz. ScienceAlert ya ha informado sobre experimentos en los que neuronas artificiales se comunicaban con neuronas vivas modificadas genéticamente mediante luz.
Para este segundo experimento, se inyectó cocaína en el abdomen de las ratas en lugar de a través del implante, aislando así el efecto de la luz por sí sola. Las ratas a las que se les administró cocaína sin luz posteriormente prefirieron el compartimento asociado con la droga.
En otro grupo, la luz del implante activó la vía de señalización RhoA durante el condicionamiento. Estas ratas no desarrollaron la misma preferencia por el compartimento asociado a la cocaína.
“En conjunto, estos experimentos demuestran la capacidad de la plataforma para investigar vínculos causales entre manipulaciones neuronales específicas y el comportamiento”, declaró Jeong a ScienceAlert.
Los resultados no implican que el dispositivo haya tratado la adicción a la cocaína. Se trataba de experimentos de prueba de concepto en ratas, y reducir una preferencia de lugar aprendida es diferente a tratar una adicción ya establecida.
“El mayor desafío es demostrar la seguridad y la fiabilidad a largo plazo en el cerebro humano”, declaró Jeong a ScienceAlert.
Un dispositivo clínico requeriría pruebas adicionales de biocompatibilidad, empaquetado, administración de fármacos y controles de seguridad. La optogenética plantearía otro desafío, ya que requiere la administración segura de genes fotosensibles.
“Por lo tanto, en esta etapa, este implante cerebral debe considerarse más bien como una plataforma de investigación que podría ayudar a desarrollar y evaluar futuras estrategias terapéuticas, en lugar de como un dispositivo clínico en sí mismo”, dijo Jeong.
Los implantes cerebrales inalámbricos que administran fármacos y luz no son del todo nuevos. Un trabajo anterior en el que participó el ingeniero de KAIST, Jae-Woong Jeong, produjo implantes controlados por teléfono inteligente con cartuchos de fármacos reemplazables para ratones que se movían libremente.
El principal avance de RAPIDO reside en la combinación de varias capacidades: administración repetible de fármacos, estimulación lumínica dirigida, funcionamiento programable y control a través de Internet.
Por lo tanto, el estudio arrojó tres resultados claros. Un implante cerebral en Corea respondió a órdenes enviadas desde Estados Unidos. El dispositivo administró cocaína repetidamente durante un máximo de cuatro semanas. Y en un experimento aparte, la activación lumínica impidió que las ratas desarrollaran una preferencia por el compartimento asociado a la cocaína.
En conjunto, estos resultados establecen a RAPIDO como una herramienta de investigación operada de forma remota para modificar procesos cerebrales específicos y medir los efectos conductuales asociados.
La investigación fue publicada en Science Advances .
Fuente: Science Alert.
