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Los chips cerebrales permiten que un hombre paralítico sienta el toque a través de un brazo robótico

Nathan Copeland no ha podido mover las piernas ni las manos desde que se rompió el cuello en un accidente automovilístico hace más de una década. Pero ahora que los científicos han implantado cuatro chips en su cerebro, Copeland puede controlar un brazo robótico con su mente y sentir cuando alguien le toca los dedos.. Es la primera vez que un implante neural permite a una persona sentir el tacto a través de una prótesis estimulando directamente su cerebro.

«Sentí como si estuviera tocando o empujando mis dedos».

«Funcionó muy bien», dijo Copeland en un video publicado por el Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh (UPMC). «Sentí como si estuviera tocando o empujando mis dedos». Este éxito – publicado hoy en la revista Medicina traslacional de la ciencia – podría ayudar a los científicos a crear prótesis que se aproximen a cómo nuestros cuerpos integran el tacto y el movimiento cuando agarramos, agarramos y apretamos objetos.

La vida de Copeland cambió cuando tenía 18 años. Conducía a su casa en Dunbar, Pensilvania, en una noche lluviosa, cuando dobló una esquina demasiado rápido. El cinturón de seguridad se rompió de sus anclajes y el accidente lesionó la médula espinal, dejándolo paralizado del pecho para abajo. Puede levantar las muñecas, pero ha perdido mucha sensibilidad en los dedos y no puede moverlos. En 2015, cuando Copeland tenía 27 años, científicos del Centro Médico de la Universidad de Pittsburgh le implantaron cuatro pequeñas redes de electrodos en su cerebro. Dos de las matrices entraron en la región del cerebro que gobierna el movimiento, llamada corteza motora. Estos le permiten a Copeland controlar un brazo robótico con solo pensarlo. (El brazo robótico es parte del laboratorio y no está unido al cuerpo de Copeland).

Cortesía de UPMC / Pitt Health Sciences

El control del cerebro sobre los movimientos de una prótesis es asombroso, pero este equipo de investigadores, y otros, lo han hecho antes. El estudio de hoy se diferencia de la investigación anterior al incluir otra región del cerebro. Los investigadores, de hecho, implantaron dos redes adicionales, cada una con solo 16 milímetros cuadrados de electrodos, en la parte del cerebro de Copeland responsable de la sensación, llamada corteza sensorial.

matriz de electrodos

Cortesía de UPMC / Pitt Health Sciences

El equipo de investigación utilizó imágenes cerebrales para averiguar exactamente en qué parte de la corteza sensorial colocar los electrodos. Observaron cómo funcionaba el cerebro mientras los dedos de Copeland eran acariciados con hisopos de algodón, mientras él miraba un video en el que se acariciaban los dedos de otra persona y mientras se imaginaba a alguien tocando cada uno de sus dedos. Juntas, las imágenes formaron un mapa que les dijo a los investigadores dónde implantar los electrodos. Estos electrodos están conectados a una computadora externa a través de cables conectados a un enchufe en el cráneo de Copeland. La computadora, a su vez, estaba conectada a los sensores del brazo robótico. Cuando alguien tocaba uno de los dedos robóticos, los sensores transmitían esa información a la computadora, que luego les decía a los electrodos que extrajeran la corteza sensorial de Copeland.

Copeland tardó un mes entero en empezar a sentir algo más que un hormigueo en el brazo derecho. Esto se debe a que los investigadores no sabían qué tan bien funcionaría el sistema, por lo que comenzaron a estimular el cerebro de Copeland con niveles muy bajos de electricidad al principio, aumentando gradualmente en intensidad con el tiempo. «Cuando empezó a funcionar como se esperaba, fue un gran alivio», dice. Jennifer Collinger, bioingeniero de la Universidad de Pittsburgh y coautor del estudio. Y continuó funcionando durante los seis meses del estudio.

Los electrodos destruyen la corteza sensorial de Copeland

Estos resultados son impresionantes y un paso muy necesario para el desarrollo de la próxima generación de prótesis, dice. Bolu Ajiboye, ingeniero biomédico de la Universidad Case Western Reserve que no participó en el estudio. En el futuro, la tecnología podría ayudar a diseñar prótesis que puedan ajustar automáticamente su agarre al objeto, tal como lo hacen nuestros cuerpos instintivamente cuando sacamos un huevo de, digamos, el pomo de una puerta. «No estamos hablando de esta parte del movimiento, pero para poder moverte de forma natural, necesitas retroalimentación sensorial», dice. «Piense en tener un recién nacido. Si no tiene retroalimentación sensorial, no sabe cuánta fuerza usar al cargar a un bebé «.

Aunque la investigación de hoy es un gran paso, pasará algún tiempo antes de que las personas paralizadas fuera de un laboratorio de investigación puedan usar implantes cerebrales para sentir el tacto a través de una prótesis. Los científicos aún no comprenden completamente cómo la estimulación eléctrica de la corteza sensorial corresponde al sentido del tacto. Por tanto, se necesita más investigación. «La ciencia sensorial es muy rudimentaria», dice. Andrew Schwartz, neurofisiólogo de la Universidad de Pittsburgh y coautor del estudio.

«Si no tienes retroalimentación sensorial, no sabes cuánta fuerza usar»

El implante en sí todavía está siendo evaluado por la Administración de Alimentos y Medicamentos, que debe aprobar nuevos dispositivos médicos. (A los investigadores se les permitió usarlo para investigación clínica bajo una exención de la FDA, pero deben seguir solicitando una extensión cada año). Los investigadores también deben encontrar una manera de integrar los cables, alambres y brazo robótico en el cuerpo del paciente. En este punto, el brazo está separado, los cables son enormes y el sistema requiere computadoras grandes conectadas al escritorio.

En cuanto a Copeland, tiene una visión clara de las prótesis realistas que integran perfectamente la sensación y el movimiento, porque ha visto una antes. «A Luke Skywalker le han cortado la mano y al día siguiente tiene un robot. Y él la pica y dice: «Sí, puedo sentirlo. Bueno para ir ”- y ninguno de ellos escapó. beats ”, dice en el video. «Podría ser otra persona, ni siquiera tan lejos en el futuro».

Video cortesía de UPMC / Pitt Health Sciences.

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