C¨®mo los implantes cerebrales pueden devolver la movilidad a las personas con par¨¢lisis

Algo tan simple como levantar una taza de t¨¦ requiere una impresionante cantidad de acciones de nuestro cuerpo. La musculatura del brazo se pone en marcha para mover la extremidad en direcci¨®n a la taza, y lo mismo hacen los m¨²sculos de los dedos para abrir la mano y, a continuaci¨®n, doblar los dedos en torno al asa. La musculatura del hombro impide que el brazo se desprenda de ¨¦l, y los m¨²sculos del tronco aseguran que no nos caigamos de lado debido al peso a?adido de la taza. Todos estos m¨²sculos tienen que ponerse en acci¨®n de una manera precisa y coordinada y, sin embargo, nuestro ¨²nico esfuerzo consciente es pensar: ¡°Ah, s¨ª. El t¨¦¡±.

Esa es la raz¨®n de que sea tan dif¨ªcil conseguir que un miembro paralizado se vuelva a mover. La mayor¨ªa de los m¨²sculos afectados por la par¨¢lisis todav¨ªa pueden funcionar, pero su comunicaci¨®n con el cerebro se ha perdido, de manera que no reciben las instrucciones para activarse. Como no podemos reparar el da?o de la m¨¦dula espinal, una soluci¨®n es dar un rodeo y enviar instrucciones a los m¨²sculos artificialmente. Gracias a los avances de la tecnolog¨ªa de lectura e interpretaci¨®n de la actividad cerebral, alg¨²n d¨ªa estas instrucciones podr¨ªan llegar directamente de la mente del paciente.

Es una tecnolog¨ªa fascinante que puede suponer una gran diferencia en la vida de las personas con lesiones de la m¨¦dula espinal

Podemos lograr que los m¨²sculos paralizados se activen estimul¨¢ndolos con electrodos implantados en su interior o alrededor de los nervios que los abastecen. Esta t¨¦cnica se conoce como estimulaci¨®n el¨¦ctrica funcional (EEF). Adem¨¢s de para ayudar a las personas con par¨¢lisis a moverse, tambi¨¦n se emplea para hacer que la vejiga vuelva a funcionar, facilitar la tos productiva y aliviar el dolor. Es una tecnolog¨ªa fascinante que puede suponer una gran diferencia en la vida de las personas con lesiones de la m¨¦dula espinal.

Dimitra Blana y sus compa?eros de la Universidad de Keele (Reino Unido) trabajan para averiguar la forma de armonizar esta t¨¦cnica con el complejo conjunto de instrucciones necesarias para hacer que un brazo funcione. Si queremos levantar la taza de t¨¦, ?qu¨¦ m¨²sculos hay que activar, cu¨¢ndo y con qu¨¦ intensidad? Las instrucciones para la puesta en marcha son complicadas, y no solo debido a la cantidad de m¨²sculos del tronco, el hombro, el brazo y los dedos que intervienen. A medida que uno va bebiendo su t¨¦ poco a poco, esas instrucciones cambian, porque el peso de la taza var¨ªa. Para hacer otra cosa, como rascarse la nariz, las instrucciones son totalmente distintas.

En las simulaciones se puede fortalecer o debilitar los m¨²sculos, 'paralizarlos' o 'estimularlos desde fuera'

En vez de limitarse a probar diversos patrones de activaci¨®n en los m¨²sculos paralizados con la esperanza de descubrir uno que funcione, se pueden utilizar modelos inform¨¢ticos del sistema musculoesquel¨¦tico para calcularlos. Estos modelos son descripciones matem¨¢ticas de c¨®mo act¨²an e interact¨²an los m¨²sculos, los huesos y las articulaciones durante el movimiento. En las simulaciones se puede fortalecer o debilitar los m¨²sculos,?paralizarlos o estimularlos desde fuera. Es posible poner a prueba diferentes patrones de activaci¨®n de manera r¨¢pida y segura, y hacer que los modelos levanten la taza de t¨¦ repetidamente, unas veces con m¨¢s ¨¦xito que otras.

Modelizar los m¨²sculos

Para ensayar esta tecnolog¨ªa, el equipo de Keele est¨¢ colaborando con el Centro de Estimulaci¨®n El¨¦ctrica Funcional de Cleveland (EE UU), donde se est¨¢n implantando hasta 24 electrodos en los m¨²sculos y los nervios de los participantes en el estudio. Los investigadores utilizan modelos por ordenador para decidir d¨®nde situar los electrodos, ya que en los sistemas EEF actuales el n¨²mero de m¨²sculos paralizados es superior al de electrodos.

Si hay que elegir, ?es mejor estimular el subescapular o el supraespinoso? Si se estimula el nervio axilar, ?se deber¨ªa situar el electrodo antes o despu¨¦s de la ramificaci¨®n al m¨²sculo redondo menor? Con el fin de responder a estas dif¨ªciles preguntas, los investigadores hacen simulaciones con diferentes conjuntos de electrodos y eligen el que permite que el modelo de ordenador ejecute los movimientos m¨¢s eficaces.

En la actualidad, el equipo est¨¢ trabajando con el hombro, cuya estabilidad se debe a un grupo de m¨²sculos llamado manguito de los rotadores. Si al brazo se le dan las instrucciones de activaci¨®n equivocadas, podr¨ªa suceder que estas le llegasen a la cuchara sopera en vez de al cuchillo para la mantequilla. Y si se dan las instrucciones err¨®neas al manguito de los rotadores, el brazo podr¨ªa desprenderse del hombro. No es que esto sea un panorama agradable para los modelos de ordenador, pero ellos no se quejan. Los participantes en el estudio seguramente ser¨ªan menos indulgentes.

Saber c¨®mo activar los m¨²sculos paralizados para producir movimientos eficaces como la prensi¨®n es solo la mitad del problema. Tambi¨¦n hay que saber cu¨¢ndo ponerlos en marcha, por ejemplo, si su due?o quiere levantar un objeto. Una posibilidad es leer la informaci¨®n directamente del cerebro. Hace poco, unos investigadores de Estados Unidos utilizaron un implante para escuchar a las c¨¦lulas individuales del cerebro de una persona con par¨¢lisis. Puesto que los diferentes movimientos est¨¢n asociados a diferentes patrones de actividad cerebral, el participante pod¨ªa seleccionar uno de los seis movimientos programados previamente, que luego se generaban mediante la estimulaci¨®n de los m¨²sculos de la mano.

Leer el cerebro

Con ello se ha dado un estimulante paso adelante en el campo de las neuropr¨®tesis, pero quedan muchos desaf¨ªos por delante. En teor¨ªa, los implantes cerebrales tienen que durar d¨¦cadas; en la actualidad es dif¨ªcil registrar las mismas se?ales incluso a lo largo de unas cuantas semanas, as¨ª que hay que recalibrar el sistema con regularidad. El empleo de nuevos dise?os de implantes o de se?ales cerebrales diferentes puede mejorar la estabilidad a largo plazo.

El empleo de nuevos dise?os de implantes o de se?ales cerebrales diferentes puede mejorar la estabilidad a largo plazo

Asimismo, los implantes solo oyen a una peque?a proporci¨®n de los millones de c¨¦lulas que controlan nuestras extremidades, de manera que el abanico de movimientos que se puede leer es limitado. No obstante, se ha logrado el control cerebral de extremidades rob¨®ticas con diversos grados de libertad (movimiento, rotaci¨®n y prensi¨®n), y las posibilidades de esta tecnolog¨ªa est¨¢n avanzando r¨¢pidamente.

Por ¨²ltimo, los movimientos suaves y sin esfuerzo que solemos considerar de lo m¨¢s natural est¨¢n guiados por una rica realimentaci¨®n sensorial que nos dice d¨®nde se encuentran nuestros brazos en el espacio y cu¨¢ndo las puntas de nuestros dedos est¨¢n tocando objetos. Sin embargo, tambi¨¦n estas se?ales se pueden perder a ra¨ªz de una lesi¨®n, as¨ª que los investigadores est¨¢n trabajando en implantes cerebrales que alg¨²n d¨ªa puedan devolver las sensaciones del mismo modo que el movimiento.

Algunos especialistas contemplan la posibilidad de que la tecnolog¨ªa de lectura del cerebro ayude a personas sin discapacidad f¨ªsica a comunicarse de manera m¨¢s eficaz con los ordenadores, los tel¨¦fonos m¨®viles e incluso directamente con otros cerebros. Pero esto sigue perteneciendo al dominio de la ciencia ficci¨®n, mientras que el control cerebral para aplicaciones m¨¦dicas se est¨¢ convirtiendo r¨¢pidamente en una realidad cl¨ªnica.