Un 'marcapasos inalámbrico para el cerebro' para un nuevo tratamiento de los trastornos neurológicos

Un 'marcapasos inalámbrico para el cerebro' para un nuevo tratamiento de los trastornos neurológicos
2 de enero de 2019 RIKKY MULLER, UC BERKELEY

MADRID, 2 Ene. (EUROPA PRESS) -

Un nuevo neuroestimulador desarrollado por ingenieros de la Universidad de California, en Berkeley, Estados Unidos, puede escuchar y estimular la corriente eléctrica en el cerebro al mismo tiempo, lo que podría ofrecer tratamientos precisos a pacientes con enfermedades como epilepsia y Parkinson. El dispositivo, llamado WAND, funciona como un "marcapasos para el cerebro", controlando la actividad eléctrica del cerebro y proporcionando estimulación eléctrica si detecta que algo está mal.

Estos dispositivos pueden ser extremadamente efectivos para prevenir temblores o convulsiones debilitantes en pacientes con una variedad de afecciones neurológicas. Pero las firmas eléctricas que preceden a una convulsión o temblor pueden ser extremadamente sutiles, y la frecuencia y la fuerza de la estimulación eléctrica requerida para prevenirlas son igualmente delicadas. Los médicos pueden tardar años en realizar pequeños ajustes antes de que los dispositivos brinden un tratamiento óptimo.

WAND, que significa dispositivo inalámbrico de neuromodulación sin artefactos, es tanto inalámbrico como autónomo, lo que significa que una vez que aprende a reconocer los signos de temblor o convulsión, puede ajustar los parámetros de estimulación por sí solo para evitar movimientos no deseados. Y debido a que es de ciclo cerrado, lo que significa que puede estimular y grabar simultáneamente, es capaz de ajustar estos parámetros en tiempo real.

"El proceso de encontrar la terapia adecuada para un paciente es extremadamente costoso y puede llevar años. Una reducción significativa tanto en el costo como en la duración puede llevar a resultados y accesibilidad mucho mejores", afirma el científico Rikky Muller, profesor asistente de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en Berkeley. "Queremos que el dispositivo descubra cuál es la mejor manera de estimulacion para que un paciente dado obtenga los mejores resultados. Y solo puede hacerlo escuchando y registrando las firmas neuronales".

REGISTRO DE LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA DESDE 128 PUNTOS DEL CEREBRO

WAND puede registrar la actividad eléctrica en 128 canales, o desde 128 puntos en el cerebro, en comparación con ocho canales en otros sistemas de circuito cerrado. Para demostrar la eficacia del dispositivo, el equipo usó WAND para reconocer y retrasar movimientos específicos del brazo en macacos rhesus. El dispositivo se describe en un artículo que se publica este lunes en 'Nature Biomedical Engineering'.

Al mismo tiempo, estimular y registrar señales eléctricas en el cerebro es muy parecido a tratar de ver pequeñas ondulaciones en un estanque y al mismo tiempo salpicarte los pies: las señales eléctricas del cerebro son superadas por los grandes pulsos de electricidad que emite la estimulación.

Actualmente, los estimuladores cerebrales profundos dejan de grabar mientras administran la estimulación eléctrica, o registran la actividad en una parte diferente del cerebro desde donde se aplica la estimulación, esencialmente midiendo las pequeñas ondulaciones en un punto diferente en el estanque a partir del chapoteo.

"Con el fin de ofrecer terapias basadas en estimulación de ciclo cerrado, que es un gran objetivo para las personas que tratan el mal de Parkinson y la epilepsia y una variedad de trastornos neurológicos, es muy importante realizar tanto grabaciones neuronales como estimulación de forma simultánea, que actualmente ningún dispositivo comercial único hace", dice la exinvestigadora asociada postdoctoral de UC Berkeley, Samantha Santacruz, que ahora es profesora asistente en la Universidad de Texas en Austin.

Los investigadores de Cortera Neurotechnologies, Inc., liderados por Rikky Muller, diseñaron los circuitos integrados personalizados de WAND que pueden registrar la señal completa tanto de ondas cerebrales sutiles como de fuertes impulsos eléctricos. Este diseño de chip permite a WAND minimizar la señal de los pulsos eléctricos, lo que resulta en una señal limpia de las ondas cerebrales.

Los dispositivos existentes están sintonizados para registrar señales solo de las ondas cerebrales más pequeñas y se ven abrumados por los grandes pulsos de estimulación, lo que hace imposible este tipo de reconstrucción de señal. "Debido a que en realidad podemos estimular y registrar en la misma región del cerebro, sabemos exactamente qué está sucediendo cuando estamos brindando una terapia", dice Muller.

En colaboración con el laboratorio de ingeniería eléctrica y profesor de Ciencias Informáticas Jan Rabaey, el equipo construyó una plataforma del dispositivo con capacidades computacionales inalámbricas y de circuito cerrado que se pueden programar para usar en una variedad de aplicaciones clínicas y de investigación.

En los experimentos dirigidos por Santacruz mientras estaba en UC Berkeley, y por el profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación José Carmena, a los sujetos se les enseñó a usar un joystick para mover un cursor a una ubicación específica. Después de un periodo de entrenamiento, el dispositivo WAND fue capaz de detectar las firmas neuronales que surgieron cuando los sujetos se prepararon para realizar el movimiento y luego suministrar la estimulación eléctrica que retrasó el movimiento.

"Aunque el retraso en el tiempo de reacción es algo que se ha demostrado anteriormente, esta es, por lo que sabemos, la primera vez que se demuestra en un sistema de circuito cerrado basado solo en una grabación neurológica --subraya Muller--. En el futuro, nuestro objetivo es incorporar el aprendizaje en nuestra plataforma de bucle cerrado para crear dispositivos inteligentes que puedan descubrir la mejor manera de tratar a las personas y evitar que el médico tenga que intervenir constantemente en este proceso".

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