La movilidad artificial puede conseguirse con un simple parpadeo

n la universidad de Tübingen, en Alemania, la neurobióloga Andrea Kübler trabaja con un paciente de 49 años que sufre una enfermedad degenerativa llamada esclerosis amiotrópica lateral, que provoca pérdida de musculatura y parálisis. Las funciones motoras de este paciente están completamente mermadas desde hace 14 años. De un tiempo a esta parte, sin embargo, puede comunicarse con sus cuidadores con un simple parpadeo.

La comunicación con las personas que nos rodean es imprescindible para mantener la calidad de vida. Kübler ha conseguido que este paciente la recupere gracias al movimiento de un cursor en una pantalla a través de un simple guiño ocular, que refleja sus intenciones mentales, señala la revista Sciencenews .

Kübler es uno de los científicos que, en diversas partes del mundo, desarrollan herramientas neurológicas que permiten a los pacientes flexionar extremidades mecánicas, dirigir una silla de ruedas motorizada o enviar órdenes a robots para que atiendan sus necesidades. En definitiva, recuperar esa calidad de vida perdida y que puede incluso aislar a los enfermos por completo de su entorno inmediato.

Se trata de máquinas con un interfaz que relaciona con su entorno a los pacientes que mantienen sus funciones cerebrales intactas a pesar de la parálisis que padecen en el resto del cuerpo.

Dos categorías

En las últimas tres décadas, los científicos que han trabajado en este tipo de artefactos tecnológicos han realizado una gran cantidad de investigaciones, algunas de ellas aplicadas a pacientes, aunque la mayoría son aún experimentales. Todos los aparatos que han resultado de estas investigaciones se pueden agrupar en dos categorías: aquellos que introducen corrientes eléctricas en el cerebro y los que captan las salidas de corrientes eléctricas desde el cerebro.

Varios artefactos terapéuticos entran dentro del primer grupo: por ejemplo, los que convierten las ondas sonoras en pulsaciones eléctricas que estimulan el nervio auditivo hasta hacer que los sordos “oigan”. La segunda categoría de aparatos, conocidos como prótesis neuronales, están compuestos por electrodos que son mucho más pequeños y precisos que los que se utilizan para estimular neuronas. El problema de estos aparatos radica en que se deben descifrar las señales que llegan a través de ellos del cerebro.

Aunque los científicos pueden captar las señales cerebrales radiadas hacia el cuero cabelludo en forma de ondas electroencefalográficas, estas señales indirectas son mucho más débiles que las pulsaciones eléctricas generadas en las propias células del cerebro. Por lo tanto, para descifrar las ondas cerebrales muchos científicos han optado por ir directamente a las fuentes: las neuronas individuales que están dentro del cerebro. Si se toman estas señales directamente, se puede saber cómo, por ejemplo, el cerebro ordena que se mueva un brazo.

Recepción directa

Los investigadores originalmente recogieron las señales pinchando neuronas con voluminosas agujas. Sin embargo, hoy por hoy, un electrodo de un diámetro similar al de una aspirina infantil puede albergar más de 100 agujas finísimas, cada una de ellas más fina que un cabello humano. Con las agujas asomando por fuera de su plataforma, como una pequeña cama de clavos de faquir, cada electrodo tiene la capacidad de registrar numerosas neuronas al mismo tiempo.

Richard Andersen, neurocientífico del California Institute of Technology, en Pasadena, ha utilizado, junto a sus colegas, en los últimos seis años, estos electrodos para grabar la actividad cerebral de monos de La India.

Sus estudios se han centrado en la corteza parietal posterior del cerebro y en la corteza premotora, dos áreas cerebrales que, según los investigadores, “planean” los movimientos antes de que el cuerpo realmente los realice. Con el registro de los impulsos de estas áreas, los científicos han podido en efecto descifrar las intenciones del cerebro para, acto seguido y gracias a un programa informático, llevarlas a aparatos que actúan según las intenciones de los pacientes imposibilitados.

Según Andersen, los electrodos deben colocarse en regiones del cerebro que permitan a los pacientes paralizados comunicar sus sentimientos más profundos como, por ejemplo, su alegría al recibir una visita. Andersen señala que realmente se pueden conocer incluso las emociones con estos electrodos.

Experimentación en personas

Hasta ahora, la mayoría de los investigadores han probado sus prototipos neuronales en laboratorios con animales (monos o ratas). Sin embargo, dos científicos han implantado estos artefactos en personas. En 1996, lo hizo el neurólogo Philip Kennedy de la empresa Neural Signals, situada en Atlanta (Estados Unidos). Fue el primer electrodo probado en humanos y consistía en un fino cono de cristal del tamaño de la punta de un bolígrafo.

En el cono habían sido instalados tres cables conductores de electricidad y una cantidad muy pequeña de un factor de crecimiento neuronal, una proteína que incentivaba a las neuronas a extenderse hacia el interior del electrodo, de manera que éste pudiera recibir mejor sus señales.

El aparato se introduce en el cráneo, desde el que transmite señales a receptores externos. Uno de los pacientes que sufrió el implante, y que padecía una importante parálisis, aprendió gracias a este aparato a controlar un cursor en la pantalla de un ordenador, así como a escribir palabras (a tres caracteres por minuto) usando sólo su cerebro.

Sistema BrainGate

El pasado mes de mayo, John Donoghue y sus colegas de la empresa Cyberkinetics en Foxboro, Massachussetts, se conviertieron en el segundo equipo que implanta electrodos neuronales en humanos. Con el sistema BrainGate, creado por ellos, los pacientes comenzaron a abrir su e-mail, cambiar los canales de televisión, a encender y a apagar luces y a mover un brazo robotizado.

Aunque los pacientes hayan perdido su movilidad años atrás, se ha demostrado que las áreas del cerebro que controlan los brazos y las manos siguen intactas, por lo que pueden dar órdenes a elementos externos a través de los electrodos. Cyberkinetics espera sacar el sistema BrainGate al mercado en el año 2007.

El hecho de implantar los electrodos en el interior del cerebro genera algunos problemas. Aunque son artefactos sellados, existe el temor a que se generen infecciones. Por otro lado, al ser introducidos en el cerebro, dejan una pequeña cicatriz que a veces se humedece, impidiendo que las señales eléctricas salgan con una fluidez óptima para que sean descifradas.

Electrodos externos

Algunos científicos predicen que la solución a estos problemas está en el desarrollo de aparatos que no necesiten ser implantados sino que permanezcan fuera del cerebro, y al mismo tiempo sean capaces de captar las señales neuronales con la misma intensidad que si estuvieran dentro.

En el número de diciembre de 2004 del Proceedings of the National Academy of Sciences, el profesor Jonathan R. Wolpaw, del Wadsworth Center de Nueva York, y sus colegas han publicado una investigación que demuestra lo que se ha avanzado en los métodos de electrodos externos.

En ella, cuatro pacientes con diferentes tipos de parálisis pueden operar con un cursor en una pantalla fácilmente y con rapidez sin necesidad de implantes quirúrgicos. Para aprender a variar la intensidad de las ondas del cerebro, cada sujeto ha aprendido a mover el cursor en cualquier dirección a diferentes velocidades.

Se trata de un sistema externo que constituye una alternativa de control y de comunicación para enfermos con parálisis severas, consecuencia de daños cerebrales o de la espina dorsal. Las señales emitidas por el cerebro son traducidas por un ordenador a señales físicas, como mover un cursor en una pantalla de ordenador.

En el llamado sistema Wadsworth, los usuarios llevan una especie de “gorro” con un electrodo que detecta la actividad electroencefalográfica del cuero cabelludo y recoge las ondas específicas del cerebro. Un algoritmo adaptable analiza las señales y se centra en aquéllas que permiten a los pacientes un mayor control según van aprendiendo a usar sus pensamientos para dirigir el cursor informático a un objetivo determinado de la pantalla. Según va mejorando el aprendiz, el algoritmo se adapta de nuevo.

Según Wolpaw y su equipo, los resultados conseguidos en laboratorio con este nuevo sistema no invasivo son alentadores: las personas que lo han probado han conseguido un control del cursor bidimensional comparable a los logros conseguidos por primates con electrodos implantados. Las mejoras en este nuevo artefacto vendrán dadas por los avances en el algoritmo adaptable que permitirán un mejor procesamiento de las señales del cerebro.

El trabajo de estos científicos sugiere ya por lo tanto que un sistema de este tipo, que no requiere implantación quirúrgica de electrodos en el cerebro, podrá mejorarse hasta realizar tareas más sofisticadas, como el manejo de un brazo artificial o el de un ratón virtual de ordenador.