Los investigadores en Australia están trabajando arduamente en la tecnología que finalmente podría integrar las prótesis con nuestro sistema nervioso. Este sistema lee las señales de nuestro cerebro usando luz y podría permitir registros mucho más precisos de la actividad neuronal.
Aunque la investigación aún se encuentra en sus primeras etapas, el equipo ha demostrado que su enfoque es sólido. Con experiencia en ingeniería biomédica y eléctrica, los investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) Sídney han desarrollado un nuevo enfoque para medir la actividad neuronal utilizando luz en lugar de electricidad. Esto evita varios de los problemas que afectan a otras tecnologías de interpretación actualmente disponibles. Cuando madure, dicho enfoque podría permitir un cambio fundamental en el funcionamiento de las tecnologías médicas, como las prótesis operadas por nervios o las interfaces cerebro-máquina.
Leyendo mentes
“[El nuevo enfoque pasa por alto] problemas espinosos que las tecnologías de la competencia no pueden abordar”, explica el profesor François Ladouceur de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones de la UNSW, coautor del artículo. “En primer lugar, es muy difícil reducir el tamaño de la interfaz utilizando electrodos convencionales para que miles de ellos puedan conectarse a miles de nervios dentro de un área muy pequeña. A medida que encoge miles de electrodos y los pone cada vez más juntos para conectarlos a los tejidos biológicos […] su resistencia individual aumenta, lo que degrada la relación señal-ruido, por lo que tenemos problemas para leer la señal. A esto lo llamamos “desajuste de impedancia”.
“Otro problema es lo que llamamos ‘diafonía’: cuando encoges estos electrodos y los acercas, comienzan a comunicarse o afectarse entre sí debido a su proximidad. La verdadera ventaja de nuestro enfoque es que podemos hacer que esta conexión sea muy densa en el dominio óptico y no pagamos el precio que usted tiene que pagar en el dominio eléctrico”.
En su nuevo artículo, el equipo muestra que pueden usar optrodos, “electrodos de luz”, para medir con precisión los impulsos neuronales a medida que viajan a través de los haces de nervios de los animales vivos. Para ello, conectaron un optrodo al nervio ciático de un animal anestesiado. Luego estimularon el nervio con una corriente eléctrica suave y registraron la señal que transportaba con uno de sus optrodes. Para tener datos contra los cuales probar la efectividad de su enfoque, el equipo también realizó este paso utilizando un electrodo convencional y un bioamplificador.
En general, el equipo explica que las respuestas nerviosas registradas por estos diferentes dispositivos “fueron esencialmente las mismas”. El sensor óptico registró el impulso con una señal más fuerte que el electrodo, pero eso no fue sorprendente dado que aún se encuentra en sus primeras fases de desarrollo. Sin embargo, de manera crucial, el experimento mostró que los optrodos se pueden usar para interpretar la actividad neuronal de manera confiable.
Los impulsos nerviosos medidos aquí tenían magnitudes medidas en microvoltios, haciéndolos relativamente débiles. En el futuro, el equipo planea probar matrices de optrodes contra redes de nervios más complejas y otros tipos de tejidos excitables. El juego final es producir interfaces que puedan vincular prótesis a un sistema neural activo.
El equipo estima que una mano completamente funcional, una que pueda moverse, manipular objetos, devolver datos sensoriales completos y realizar todas las innumerables funciones que damos por sentadas, como cambiar la velocidad o la presión, requeriría entre 5000 y 10 000 conexiones entre ella y sistema neuronal de un usuario. Cada uno de nosotros tiene un haz de nervios que viaja desde la corteza motora hasta nuestros brazos y manos, y eventualmente se rompe en 5000 a 10 000 fibras individuales que inervan todos y cada uno de los músculos. En otras palabras, si se puede implantar un chip con esta cantidad de conexiones ópticas en el cerebro, o en algún lugar del brazo antes de que el haz de nervios se separe en fibras individuales, podría permitir la integración de una prótesis de mano con la misma capacidad. como biológico, ¡definitivamente un pensamiento emocionante!
Con eso en mente, es probable que pasen décadas antes de que un dispositivo de este tipo esté remotamente cerca de estar listo para su uso. Para empezar, necesitaríamos refinar los optrodos y hacerlos bidireccionales (es decir, permitirles enviar señales a los nervios, no solo recibirlas).
Más allá de las prótesis funcionales, esta investigación abre nuevas vías a través de las cuales la tecnología puede integrarse directamente en nuestro sistema nervioso. Dispositivos tales como interfaces cerebro-máquina, que nos permitirían controlar computadoras o recibir información sensorial de nuestras manos, podrían construirse sobre estos chips optrode.
“El área de la interfaz neuronal es un campo increíblemente emocionante y será objeto de una intensa investigación y desarrollo durante la próxima década”, dice el profesor Nigel Lovell, autor correspondiente del artículo.
El artículo Transductores electroópticos de cristal líquido para aplicaciones de detección de electrofisiología se ha publicado en el Journal of Neural Engineering.
Fuente: ZME Science.
