Los ingenieros han diseñado un 'cerebro inalámbrico marcapasos'que puede detectar y prevenir temblores o convulsiones en pacientes que padecen trastornos neurológicos
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) los trastornos neurológicos afectan a más de mil millones de personas en todo el mundo y causan más de 6 millones de muertes al año. Estos trastornos incluyen epilepsia, La enfermedad de Alzheimer, accidente cerebrovascular o lesiones y Enfermedad de Parkinson. El impacto de estas enfermedades está presente tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo y muchas veces el tratamiento no está disponible debido a la falta de un sistema de salud adecuado, personal capacitado u otros factores. La población mundial está envejeciendo y, según la OMS, en los próximos 30-40 años más de la mitad de la población tendrá más de 65 años. Es imperativo comprender que los trastornos neurológicos serán una gran carga para la salud en el futuro cercano.
Un 'marcapasos' para el cerebro
Ingenieros de la Universidad de California Berkeley, EE.UU., han diseñado un novedoso neuroestimulador que puede escuchar ("grabar") y estimular ("entregar") simultáneamente corriente eléctrica dentro del cerebro. Un dispositivo de este tipo puede proporcionar un tratamiento personalizado perfeccionado para pacientes que padecen trastornos neurológicos, en particular la enfermedad de Parkinson y la epilepsia. El dispositivo se denomina WAND (dispositivo de neuromodulación inalámbrico sin artefactos) y también podría denominarse 'marcapasos cerebral'similar al corazón marcapasos – un pequeño dispositivo que funciona con baterías que es capaz de detectar cuando el corazón late irregularmente y luego envía una señal al corazón para alcanzar el ritmo correcto deseado. De manera similar, el cerebro marcapasos es capaz de monitorear de forma inalámbrica y autónoma la actividad eléctrica del cerebro y una vez que ha aprendido a identificar signos o características de un temblor o incautación en el cerebro, el dispositivo puede autoajustar los parámetros de estimulación mediante la administración de la estimulación eléctrica "correcta" cuando algo no está en orden. Es un sistema de circuito cerrado que puede grabar y estimular al mismo tiempo y es capaz de ajustar los diferentes parámetros en tiempo real. WAND puede registrar la actividad eléctrica en el cerebro a través de más de 125 canales en un sistema de circuito cerrado. Para una demostración práctica, los investigadores demostraron que WAND fue capaz de reconocer y tomar las medidas adecuadas para retrasar con éxito movimientos de brazos extremadamente específicos en monos primates (macacos rhesus).
Desafíos con dispositivos anteriores
Uno de los principales desafíos para encontrar la terapia adecuada para un paciente que padece una afección neurológica es la larga duración de la primera búsqueda de un procedimiento y luego los altos costos involucrados. Cualquier dispositivo de este tipo podría prevenir de manera muy eficaz los temblores o convulsiones en los pacientes. Sin embargo, las firmas eléctricas que vienen antes de la convulsión o temblor son extremadamente sutiles. Además, la frecuencia y la fuerza de la estimulación eléctrica deseada que tiene la capacidad de prevenir estos temblores o convulsiones también es muy sensible. Esa es la razón por la que los pequeños ajustes para pacientes particulares suelen tardar años antes de que dicho dispositivo sea capaz de proporcionar un tratamiento óptimo. Si estos desafíos se resuelven adecuadamente, puede haber un aumento definitivo en los resultados y la accesibilidad.
En un nuevo estudio publicado en Naturaleza Ingeniería Biomédica, los investigadores querían que el dispositivo brindara el mejor resultado posible para un paciente al proporcionar una estimulación óptima. Esto solo se puede lograr escuchando y registrando los patrones o las firmas neuronales. Sin embargo, registrar y estimular señales eléctricas es un gran desafío, ya que las grandes pulsaciones que se producen mediante la estimulación pueden abrumar las señales eléctricas en el cerebro. El problema con los estimuladores cerebrales profundos actuales es que no pueden "registrar" y al mismo tiempo "entregar" estimulación a la misma región del cerebro. Este aspecto es el más crucial para cualquier terapia de circuito cerrado y ningún dispositivo de este tipo está actualmente disponible comercialmente o de otro tipo.
Aquí es donde entra en juego la excepcionalidad de WAND. Los investigadores diseñaron circuitos personalizados de WAND que pueden "registrar" señales completas tanto de las ondas cerebrales sutiles como de las pulsaciones eléctricas más fuertes. La sustracción de la señal de las pulsaciones eléctricas da como resultado una señal más clara de las ondas cerebrales que ninguno de los dispositivos existentes puede hacer. Por lo tanto, la estimulación y el registro simultáneos en la misma región del cerebro nos transmite los sucesos exactos que se pueden utilizar para diseñar una terapia ideal. WAND permite la reprogramación para su uso en diferentes aplicaciones. En un experimento en vivo con monos, el dispositivo WAND fue competente en la detección de firmas neuronales y luego pudo entregar la estimulación eléctrica deseada. Por primera vez, se ha demostrado que un sistema de circuito cerrado realiza estas dos tareas juntas.
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Fuentes)
Zhou A et al 2018. Un dispositivo de neuromodulación de 128 canales inalámbrico y sin artefactos para la estimulación y grabación de circuito cerrado en primates no humanos. Naturaleza Ingeniería Biomédica.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
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