La neuroprótesis (también llamada prótesis neurales ) es una disciplina relacionada con la neurociencia y la ingeniería biomédica que se ocupa del desarrollo de prótesis neurales . A veces se los contrasta con una interfaz cerebro-computadora , que conecta el cerebro a una computadora en lugar de un dispositivo destinado a reemplazar la funcionalidad biológica faltante. [1]
Las prótesis neuronales son una serie de dispositivos que pueden sustituir una modalidad motora, sensorial o cognitiva que haya podido resultar dañada como consecuencia de una lesión o una enfermedad. Los implantes cocleares son un ejemplo de tales dispositivos. Estos dispositivos sustituyen las funciones realizadas por el tímpano y el estribo y simulan el análisis de frecuencia realizado en la cóclea . Un micrófono en una unidad externa recoge el sonido y lo procesa; la señal procesada luego se transfiere a una unidad implantada que estimula el nervio auditivo a través de una matriz de microelectrodos . [2] Mediante el reemplazo o aumento de los sentidos dañados, estos dispositivos están destinados a mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidades.
Estos dispositivos implantables también se utilizan comúnmente en la experimentación con animales como herramienta para ayudar a los neurocientíficos a desarrollar una mayor comprensión del cerebro y su funcionamiento. Al monitorear de forma inalámbrica las señales eléctricas del cerebro enviadas por electrodos implantados en el cerebro del sujeto, se puede estudiar al sujeto sin que el dispositivo afecte los resultados. Sondear y registrar con precisión las señales eléctricas en el cerebro ayudaría a comprender mejor la relación entre una población local de neuronas responsables de una función específica. [3]
Los implantes neuronales están diseñados para ser lo más pequeños posible a fin de ser mínimamente invasivos, particularmente en áreas que rodean el cerebro, los ojos o la cóclea. Estos implantes suelen comunicarse con sus homólogos protésicos de forma inalámbrica. Además, actualmente la energía se recibe mediante transmisión inalámbrica de energía a través de la piel. El tejido que rodea el implante suele ser muy sensible al aumento de temperatura, lo que significa que el consumo de energía debe ser mínimo para evitar daños al tejido. [4]
La neuroprótesis de uso más extendido actualmente es el implante coclear, con más de 736.900 en uso en todo el mundo en 2019 [update]. [5]
El primer implante coclear conocido se creó en 1957. Otros hitos incluyen la primera prótesis motora para el pie caído en hemiplejía en 1961, el primer implante auditivo de tronco encefálico en 1977 y un puente nervioso periférico implantado en la médula espinal de una rata adulta en 1981. En 1988, el implante de raíz anterior lumbar y la estimulación eléctrica funcional (FES) facilitaron la bipedestación y la marcha, respectivamente, a un grupo de parapléjicos . [6]
En cuanto al desarrollo de electrodos implantados en el cerebro, una de las primeras dificultades fue localizar de forma fiable los electrodos, lo que originalmente se hacía insertando los electrodos con agujas y rompiendo las agujas a la profundidad deseada. [7] Los sistemas recientes utilizan sondas más avanzadas, como las utilizadas en la estimulación cerebral profunda para aliviar los síntomas de la enfermedad de Parkinson . El problema con cualquiera de los dos enfoques es que el cerebro flota libremente en el cráneo mientras que la sonda no lo hace, y impactos relativamente menores, como un accidente automovilístico a baja velocidad, son potencialmente dañinos. Algunos investigadores, como Kensall Wise de la Universidad de Michigan , han propuesto fijar "electrodos que se montarán en la superficie exterior del cerebro" a la superficie interior del cráneo. [8] Sin embargo, incluso si tuviera éxito, la conexión no resolvería el problema en dispositivos destinados a insertarse profundamente en el cerebro, como en el caso de la estimulación cerebral profunda (DBS).
Una prótesis visual puede crear una sensación de imagen estimulando eléctricamente las neuronas del sistema visual . Una cámara transmitiría de forma inalámbrica a un implante, el implante mapearía la imagen a través de una serie de electrodos. El conjunto de electrodos debe estimular eficazmente entre 600 y 1000 ubicaciones, lo que al estimular estas neuronas ópticas en la retina creará una imagen. La estimulación también se puede realizar en cualquier lugar del recorrido de la señal óptica. Se puede estimular el nervio óptico para crear una imagen, o se puede estimular la corteza visual , aunque las pruebas clínicas han demostrado ser más exitosas con los implantes de retina.
Un sistema de prótesis visual consta de un sistema de imágenes externo (o implantable) que adquiere y procesa el vídeo. La energía y los datos se transmitirán al implante de forma inalámbrica mediante la unidad externa. El implante utiliza la energía/los datos recibidos para convertir los datos digitales en una salida analógica que se entregará al nervio a través de microelectrodos.
Los fotorreceptores son las neuronas especializadas que convierten los fotones en señales eléctricas. Son parte de la retina , una estructura neural multicapa de aproximadamente 200 um de espesor que recubre la parte posterior del ojo . La señal procesada se envía al cerebro a través del nervio óptico . Si alguna parte de esta vía se daña, puede ocurrir ceguera .
La ceguera puede resultar de un daño a la vía óptica ( córnea , humor acuoso , cristalino y vítreo ). Esto puede suceder como resultado de un accidente o una enfermedad. Las dos enfermedades degenerativas de la retina más comunes que provocan ceguera secundaria a la pérdida de fotorreceptores son la degeneración macular relacionada con la edad (DMAE) y la retinitis pigmentosa (RP).
El primer ensayo clínico de una prótesis de retina implantada permanentemente fue un dispositivo con una matriz de microfotodiodos pasivos con 3500 elementos. [9] Esta prueba se implementó en Optobionics, Inc., en 2000. En 2002, Second Sight Medical Products , Inc. (Sylmar, CA) comenzó una prueba con un prototipo de implante epirretiniano con 16 electrodos. Los sujetos fueron seis individuos con percepción de luz secundaria secundaria a RP. Los sujetos demostraron su capacidad para distinguir entre tres objetos comunes (plato, taza y cuchillo) en niveles estadísticamente superiores al azar. Un dispositivo subretiniano activo desarrollado por Retina Implant GMbH (Reutlingen, Alemania) comenzó sus ensayos clínicos en 2006. Se implantó debajo de la retina un circuito integrado con 1.500 microfotodiodos. Los microfotodiodos sirven para modular los pulsos de corriente en función de la cantidad de luz que incide sobre el fotodiodo . [10]
El trabajo experimental fundamental para el desarrollo de prótesis visuales se realizó mediante estimulación cortical utilizando una rejilla de electrodos de gran superficie. En 1968, Giles Brindley implantó un dispositivo de 80 electrodos en la superficie cortical visual de una mujer ciega de 52 años. Como resultado de la estimulación, el paciente pudo ver fosfenos en 40 posiciones diferentes del campo visual. [11] Este experimento demostró que un dispositivo estimulador eléctrico implantado podría restaurar cierto grado de visión. Esfuerzos recientes en prótesis de corteza visual han evaluado la eficacia de la estimulación de la corteza visual en un primate no humano. En este experimento, después de un proceso de entrenamiento y mapeo, el mono es capaz de realizar la misma tarea sacádica visual con estimulación luminosa y eléctrica.
Los requisitos para una prótesis de retina de alta resolución deben derivarse de las necesidades y deseos de las personas ciegas que se beneficiarán del dispositivo. Las interacciones con estos pacientes indican que la movilidad sin bastón, el reconocimiento facial y la lectura son las principales capacidades habilitadoras necesarias. [12]
Los resultados y las implicaciones de las prótesis visuales completamente funcionales son apasionantes. Sin embargo, los desafíos son graves. Para poder mapear una imagen de buena calidad en la retina, se necesita una gran cantidad de conjuntos de electrodos a microescala. Además, la calidad de la imagen depende de la cantidad de información que se puede enviar a través del enlace inalámbrico. Además, el implante debe recibir y procesar esta gran cantidad de información sin mucha disipación de energía que pueda dañar el tejido. El tamaño del implante también es motivo de gran preocupación. Se preferiría que cualquier implante fuera mínimamente invasivo. [12]
Con esta nueva tecnología, varios científicos, entre ellos Karen Moxon de Drexel , John Chapin de SUNY y Miguel Nicolelis de la Universidad de Duke , iniciaron investigaciones sobre el diseño de una sofisticada prótesis visual. Otros científicos [ ¿quién? ] no estuvieron de acuerdo con el enfoque de su investigación, argumentando que la investigación básica y el diseño del cable microscópico densamente poblado no eran lo suficientemente sofisticados como para continuar.
Los implantes cocleares (IC), los implantes auditivos de tronco encefálico (ABI) y los implantes auditivos del mesencéfalo (AMI) son las tres categorías principales de prótesis auditivas. Los conjuntos de electrodos CI se implantan en la cóclea, los conjuntos de electrodos ABI estimulan el complejo del núcleo coclear en la parte inferior del tronco del encéfalo y los AMI estimulan las neuronas auditivas en el colículo inferior . Los implantes cocleares han tenido mucho éxito entre estas tres categorías. En la actualidad, Advanced Bionics Corporation, Cochlear Corporation y Med-El Corporation son los principales proveedores comerciales de implantes cocleares.
A diferencia de los audífonos tradicionales que amplifican el sonido y lo envían a través del oído externo, los implantes cocleares adquieren y procesan el sonido y lo convierten en energía eléctrica para su posterior entrega al nervio auditivo . El micrófono del sistema CI recibe sonido del entorno externo y lo envía al procesador. El procesador digitaliza el sonido y lo filtra en bandas de frecuencia separadas que se envían a la región tonotónica apropiada en la cóclea que corresponde aproximadamente a esas frecuencias.
En 1957, los investigadores franceses A. Djourno y C. Eyries, con la ayuda de D. Kayser, proporcionaron la primera descripción detallada de la estimulación directa del nervio auditivo en un ser humano. [13] Los individuos describieron haber escuchado chirridos durante la estimulación. En 1972, se implantó en House Ear Clinic el primer sistema de implante coclear portátil en un adulto. La Administración de Medicamentos y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) aprobó formalmente la comercialización del implante coclear House-3M en noviembre de 1984. [14]
La mejora del rendimiento de los implantes cocleares no sólo depende de la comprensión de las limitaciones físicas y biofísicas de la estimulación del implante, sino también de la comprensión de los requisitos de procesamiento de patrones del cerebro. El procesamiento de señales moderno representa la información del habla más importante y al mismo tiempo proporciona al cerebro la información de reconocimiento de patrones que necesita. El reconocimiento de patrones en el cerebro es más eficaz que el preprocesamiento algorítmico para identificar características importantes del habla. Fue necesaria una combinación de ingeniería, procesamiento de señales, biofísica y neurociencia cognitiva para producir el equilibrio tecnológico adecuado para maximizar el rendimiento de las prótesis auditivas. [15]
Los implantes cocleares también se han utilizado para permitir la adquisición del desarrollo del lenguaje hablado en niños con sordera congénita, con notable éxito en implantaciones tempranas (antes de que se hayan alcanzado los 2 a 4 años de vida). [16] Se han implantado alrededor de 80.000 niños en todo el mundo.
El concepto de combinar estimulación eléctrico-acústica (EAS) simultánea con el fin de mejorar la audición fue descrito por primera vez por C. von Ilberg y J. Kiefer, de la Universitätsklinik Frankfurt, Alemania, en 1999. [17] Ese mismo año se lanzó el primer EAS. El paciente fue implantado. Desde principios de la década de 2000, la FDA ha participado en un ensayo clínico de un dispositivo denominado "híbrido" por Cochlear Corporation. Este ensayo tiene como objetivo examinar la utilidad del implante de cóclea en pacientes con audición residual de bajas frecuencias. El "Híbrido" utiliza un electrodo más corto que el implante coclear estándar, ya que el electrodo es más corto, estimula la región albahaca de la cóclea y, por lo tanto, la región tonotópica de alta frecuencia. En teoría, estos dispositivos beneficiarían a los pacientes con una audición residual significativa de baja frecuencia que han perdido la percepción en el rango de frecuencia del habla y, por lo tanto, tienen puntuaciones de discriminación reducidas. [18]
Para producir sonido, consulte Síntesis de voz .
El dispositivo SCS (Estimulador de la Médula Espinal) tiene dos componentes principales: un electrodo y un generador. El objetivo técnico de la EME para el dolor neuropático es enmascarar el área del dolor del paciente con un hormigueo inducido por estimulación, conocido como " parestesia ", porque esta superposición es necesaria (pero no suficiente) para lograr el alivio del dolor. [19] La cobertura de la parestesia depende de qué nervios aferentes se estimulan. Los más fácilmente reclutados por un electrodo de la línea media dorsal , cerca de la superficie pial de la médula espinal , son los grandes aferentes de la columna dorsal , que producen parestesias amplias que cubren segmentos caudalmente.
En la antigüedad, el pez electrogénico se utilizaba como shock para aliviar el dolor. Los curanderos habían desarrollado técnicas específicas y detalladas para explotar las cualidades generativas del pez para tratar varios tipos de dolor, incluido el dolor de cabeza. Debido a la incomodidad de utilizar un generador de descargas viviente, se requería un nivel considerable de habilidad para administrar la terapia al objetivo durante el tiempo adecuado. (Incluyendo mantener vivos a los peces el mayor tiempo posible) La electroanalgesia fue la primera aplicación deliberada de electricidad. En el siglo XIX, la mayoría de los médicos occidentales ofrecían a sus pacientes electroterapia mediante generadores portátiles. [20] A mediados de la década de 1960, sin embargo, tres cosas convergieron para asegurar el futuro de la electroestimulación.
Las opciones de diseño de electrodos incluyen su tamaño, forma, disposición, número y asignación de contactos y cómo se implanta el electrodo. La opción de diseño para el generador de impulsos incluye la fuente de energía, la ubicación de colocación anatómica del objetivo, la fuente de corriente o voltaje, la frecuencia del pulso, el ancho del pulso y una serie de canales independientes. Las posibilidades de programación son muy numerosas (un electrodo de cuatro contactos ofrece 50 combinaciones bipolares funcionales). Los dispositivos actuales utilizan equipos computarizados para encontrar las mejores opciones de uso. Esta opción de reprogramación compensa los cambios posturales, la migración de los electrodos, los cambios en la ubicación del dolor y la colocación subóptima de los electrodos. [22]
Los dispositivos que apoyan la función del sistema nervioso autónomo incluyen el implante para el control de la vejiga . En el sistema nervioso somático, los intentos de ayudar al control consciente del movimiento incluyen la estimulación eléctrica funcional y el estimulador de la raíz anterior lumbar .
Cuando una lesión de la médula espinal provoca paraplejía , los pacientes tienen dificultad para vaciar la vejiga y esto puede provocar una infección. A partir de 1969, Brindley desarrolló el estimulador de la raíz anterior sacra, con pruebas exitosas en humanos desde principios de la década de 1980 en adelante. [23] Este dispositivo se implanta sobre los ganglios de la raíz anterior sacra de la médula espinal; Controlado por un transmisor externo, proporciona estimulación intermitente que mejora el vaciado de la vejiga. También ayuda en la defecación y permite a los pacientes masculinos tener una erección completa y sostenida.
El procedimiento relacionado de estimulación del nervio sacro es para el control de la incontinencia en pacientes sanos. [24]
Actualmente, los investigadores están investigando y construyendo neuroprótesis motoras que ayudarán a restaurar el movimiento y la capacidad de comunicarse con el mundo exterior en personas con discapacidades motoras como tetraplejía o esclerosis lateral amiotrófica . Las investigaciones han descubierto que el cuerpo estriado desempeña un papel crucial en el aprendizaje sensorial motor. Esto se demostró mediante un experimento en el que las tasas de activación del cuerpo estriado de ratas de laboratorio se registraron a tasas más altas después de realizar una tarea consecutivamente.
Para capturar señales eléctricas del cerebro, los científicos han desarrollado conjuntos de microelectrodos de menos de un centímetro cuadrado que pueden implantarse en el cráneo para registrar la actividad eléctrica, transduciendo la información registrada a través de un cable delgado. Después de décadas de investigación en monos, los neurocientíficos han podido decodificar señales neuronales en movimientos. Para completar la traducción, los investigadores han construido interfaces que permiten a los pacientes mover los cursores de las computadoras y están comenzando a construir extremidades robóticas y exoesqueletos que los pacientes pueden controlar pensando en el movimiento. [ cita necesaria ]
La tecnología detrás de las neuroprótesis motoras está todavía en sus inicios. Los investigadores y participantes del estudio continúan experimentando con diferentes formas de utilizar las prótesis . Hacer que un paciente piense en apretar un puño, por ejemplo, produce un resultado diferente que hacerle pensar en dar golpecitos con un dedo. También se están afinando los filtros utilizados en las prótesis y, en el futuro, los médicos esperan crear un implante capaz de transmitir señales desde el interior del cráneo de forma inalámbrica , en lugar de a través de un cable. [ cita necesaria ]
Antes de estos avances, Philip Kennedy ( Emory y Georgia Tech ) tenía un sistema operable, aunque algo primitivo, que permitía a un individuo con parálisis deletrear palabras modulando su actividad cerebral. El dispositivo de Kennedy utilizaba dos electrodos neurotróficos : el primero se implantaba en una región cortical motora intacta (por ejemplo, el área de representación de los dedos) y se utilizaba para mover un cursor entre un grupo de letras. El segundo se implantó en una región motora diferente y se utilizó para indicar la selección. [25]
Continúan los avances para reemplazar los brazos perdidos con reemplazos cibernéticos mediante el uso de nervios normalmente conectados a los músculos pectorales. Estos brazos permiten un rango de movimiento ligeramente limitado y, según se informa, incluirán sensores para detectar presión y temperatura. [26]
El Dr. Todd Kuiken de la Universidad Northwestern y el Instituto de Rehabilitación de Chicago ha desarrollado un método llamado reinervación dirigida para que un amputado controle los dispositivos protésicos motorizados y recupere la retroalimentación sensorial.
En 2002, el científico Kevin Warwick implantó directamente en las fibras del nervio mediano una matriz multielectrodo de 100 electrodos , que ahora forma la parte sensora de un Braingate . Las señales grabadas se utilizaron para controlar un brazo robótico desarrollado por el colega de Warwick, Peter Kyberd , y pudieron imitar las acciones del propio brazo de Warwick. [27] Además, se proporcionó una forma de retroalimentación sensorial a través del implante al pasar pequeñas corrientes eléctricas al nervio. Esto provocó una contracción del primer músculo lumbrical de la mano y fue este movimiento el que se percibió. [27]
En junio de 2014, Juliano Pinto, un atleta parapléjico, realizó la primera patada ceremonial en la Copa Mundial de la FIFA 2014 utilizando un exoesqueleto motorizado con una interfaz cerebral. [28] El exoesqueleto fue desarrollado por el Proyecto Walk Again en el laboratorio de Miguel Nicolelis, financiado por el gobierno de Brasil. [28] Nicolelis dice que la retroalimentación de las extremidades de reemplazo (por ejemplo, información sobre la presión experimentada por una prótesis de pie al tocar el suelo) es necesaria para el equilibrio. [29] Ha descubierto que mientras las personas puedan ver cómo se mueven las extremidades controladas por una interfaz cerebral al mismo tiempo que se emite la orden para hacerlo, con el uso repetido el cerebro asimilará la extremidad impulsada externamente y comenzará a funcionar. percibirlo (en términos de conciencia de posición y retroalimentación) como parte del cuerpo. [29]
El MIT Biomechatronics Group ha diseñado un nuevo paradigma de amputación que permite que los músculos biológicos y las prótesis mioeléctricas interactúen neuronalmente con alta confiabilidad. Este paradigma quirúrgico, denominado interfaz mioneural agonista-antagonista (IAM), proporciona al usuario la capacidad de sentir y controlar su prótesis como una extensión de su propio cuerpo, en lugar de utilizar una prótesis que simplemente se asemeja a un apéndice. En una relación normal de par de músculos agonista-antagonista (por ejemplo, bíceps-tríceps), cuando el músculo agonista se contrae, el músculo antagonista se estira, y viceversa, lo que permite conocer la posición de la extremidad sin siquiera tener que mirarla. . Durante una amputación estándar, los músculos agonistas-antagonistas (por ejemplo, bíceps-tríceps) se aíslan entre sí, lo que impide la capacidad de tener el mecanismo dinámico de contracción-extensión que genera retroalimentación sensorial. Por lo tanto, los amputados actuales no tienen forma de sentir el entorno físico que encuentra su prótesis. Además, con la actual cirugía de amputación que se practica desde hace más de 200 años, 1/3 de los pacientes se someten a cirugías de revisión debido al dolor en los muñones.
Un IAM se compone de dos músculos que originalmente compartían una relación agonista-antagonista. Durante la cirugía de amputación, estos dos músculos se unen mecánicamente dentro del muñón amputado. [30] Se puede crear un par de músculos IAM para cada grado de libertad articular en un paciente con el fin de establecer el control y la sensación de múltiples articulaciones protésicas. En las pruebas preliminares de esta nueva interfaz neuronal, los pacientes con un IAM han demostrado y reportado un mayor control sobre la prótesis. Además, se observó un comportamiento reflejo más natural al subir escaleras en comparación con los sujetos con una amputación tradicional. [31] También se puede construir un IAM mediante la combinación de dos injertos musculares devascularizados. Estos injertos musculares (o colgajos) son músculos de repuesto que se denervan (se separan de los nervios originales) y se extraen de una parte del cuerpo para ser reinervados por los nervios cortados que se encuentran en la extremidad que se va a amputar. [30] Mediante el uso de colgajos musculares regenerados, se pueden crear IAM para pacientes con tejido muscular que ha experimentado atrofia o daño extremo o para pacientes que se someten a revisión de un miembro amputado por motivos como dolor de neuroma, espolones óseos, etc.
La caracterización precisa de los parámetros no lineales de entrada/salida (E/S) del tejido que funciona normalmente a ser reemplazado es fundamental para diseñar una prótesis que imite las señales sinápticas biológicas normales. [32] [33] El modelado matemático de estas señales es una tarea compleja "debido a la dinámica no lineal inherente a los mecanismos celulares/moleculares que comprenden las neuronas y sus conexiones sinápticas". [34] [35] [36] La salida de casi todas las neuronas cerebrales depende de qué entradas postsinápticas están activas y en qué orden se reciben. (propiedades espaciales y temporales, respectivamente). [37]
Una vez que los parámetros de E/S se modelan matemáticamente, los circuitos integrados se diseñan para imitar las señales biológicas normales. Para que la prótesis funcione como un tejido normal, debe procesar las señales de entrada, un proceso conocido como transformación , de la misma manera que el tejido normal. [ cita necesaria ]
Los dispositivos implantables deben ser muy pequeños para poder implantarse directamente en el cerebro, aproximadamente del tamaño de una moneda de veinticinco centavos. Uno de los ejemplos de matriz de electrodos microimplantables es la matriz de Utah. [38]
Los dispositivos de control inalámbricos se pueden montar fuera del cráneo y deben ser más pequeños que un buscapersonas.
El consumo de energía influye en el tamaño de la batería. La optimización de los circuitos implantados reduce las necesidades de energía. Actualmente, los dispositivos implantados necesitan fuentes de alimentación a bordo. Una vez que la batería se agota, es necesaria una cirugía para reemplazar la unidad. Una mayor duración de la batería se correlaciona con menos cirugías necesarias para reemplazar las baterías. Una opción que podría utilizarse para recargar las baterías de los implantes sin cirugía ni cables es el uso de cepillos de dientes eléctricos. [39] Estos dispositivos utilizan carga inductiva para recargar baterías. Otra estrategia consiste en convertir la energía electromagnética en energía eléctrica, como en las etiquetas de identificación por radiofrecuencia .
Las prótesis cognitivas se implantan directamente en el cerebro, por lo que la biocompatibilidad es un obstáculo muy importante a superar. Los materiales utilizados en la carcasa del dispositivo, el material del electrodo (como el óxido de iridio [40] ) y el aislamiento del electrodo deben elegirse para una implantación a largo plazo. Sujeto a Normas: ISO 14708-3 2008-11-15, Implantes para Cirugía - Dispositivos médicos implantables activos Parte 3: Neuroestimuladores implantables.
Cruzar la barrera hematoencefálica puede introducir patógenos u otros materiales que pueden provocar una respuesta inmunitaria. El cerebro tiene su propio sistema inmunológico que actúa de manera diferente al sistema inmunológico del resto del cuerpo. [ cita necesaria ]
Se está desarrollando la transmisión inalámbrica para permitir el registro continuo de señales neuronales de los individuos en su vida diaria. Esto permite a los médicos y clínicos capturar más datos, asegurando que se puedan registrar eventos a corto plazo, como ataques epilépticos, lo que permite un mejor tratamiento y caracterización de las enfermedades neuronales.
En la Universidad de Stanford se ha desarrollado un dispositivo pequeño y ligero que permite el registro constante de las neuronas del cerebro de los primates. [41] Esta tecnología también permite a los neurocientíficos estudiar el cerebro fuera del entorno controlado de un laboratorio.
Los métodos de transmisión de datos entre prótesis neuronales y sistemas externos deben ser sólidos y seguros. Los implantes neuronales inalámbricos pueden tener las mismas vulnerabilidades de ciberseguridad que cualquier otro sistema informático , de ahí el término neuroseguridad . Una violación de la neuroseguridad puede considerarse una violación de la privacidad médica .
La implantación del dispositivo presenta muchos problemas. En primer lugar, se deben conectar las entradas presinápticas correctas a las entradas postsinápticas correctas del dispositivo. En segundo lugar, las salidas del dispositivo deben dirigirse correctamente al tejido deseado. En tercer lugar, el cerebro debe aprender a utilizar el implante. Varios estudios sobre plasticidad cerebral sugieren que esto puede ser posible mediante ejercicios diseñados con la motivación adecuada. [ cita necesaria ]
Los potenciales de campo locales (LFP) son señales electrofisiológicas que están relacionadas con la suma de toda la actividad sináptica dendrítica dentro de un volumen de tejido. Estudios recientes sugieren que los objetivos y el valor esperado son funciones cognitivas de alto nivel que pueden usarse para prótesis cognitivas neuronales. [42] Además, los científicos de la Universidad Rice han descubierto un nuevo método para sintonizar las vibraciones inducidas por la luz de las nanopartículas mediante ligeras alteraciones en la superficie a la que están unidas las partículas. Según la universidad, el descubrimiento podría conducir a nuevas aplicaciones de la fotónica, desde la detección molecular hasta las comunicaciones inalámbricas. Utilizaron pulsos de láser ultrarrápidos para inducir la vibración de los átomos de los nanodiscos de oro. [43]
Un obstáculo que hay que superar es la implantación a largo plazo de electrodos. Si los electrodos se mueven mediante un choque físico o el cerebro se mueve en relación con la posición de los electrodos, los electrodos podrían estar registrando nervios diferentes. Es necesario ajustar los electrodos para mantener una señal óptima. Ajustar individualmente las matrices de electrodos múltiples es un proceso muy tedioso y que requiere mucho tiempo. El desarrollo de electrodos de ajuste automático mitigaría este problema. El grupo de Anderson está colaborando actualmente con el laboratorio de Yu-Chong Tai y el laboratorio Burdick (todos en Caltech) para crear un sistema que utilice actuadores basados en electrólisis para ajustar de forma independiente los electrodos en una serie de electrodos implantados crónicamente. [44]
La cirugía guiada por imágenes se utiliza para colocar con precisión los implantes cerebrales. [42]
