electrodo neurotrófico

Las víctimas del síndrome de enclaustramiento conservan sus facultades cognitivas y son conscientes de su entorno, pero no pueden moverse ni comunicarse debido a una parálisis casi completa de los músculos voluntarios. En los primeros intentos por devolverles cierto grado de control, los investigadores utilizaron señales corticales obtenidas mediante electroencefalografía (EEG) para controlar el cursor del ratón. Sin embargo, la EEG carece de la velocidad y precisión que se pueden obtener mediante una interfaz cortical directa. ^{[ 3 ]}

Los pacientes con otras enfermedades motoras, como la esclerosis lateral amiotrófica y la parálisis cerebral , así como aquellos que han sufrido un accidente cerebrovascular grave o una lesión medular , también pueden beneficiarse de los electrodos implantados. Las señales corticales pueden utilizarse para controlar extremidades robóticas, por lo que, a medida que la tecnología mejore y se reduzcan los riesgos del procedimiento, la interfaz directa podría incluso proporcionar asistencia a personas amputadas. ^{[ 4 ]}

Cuando el Dr. Kennedy diseñó el electrodo, sabía que necesitaba un dispositivo inalámbrico, biocompatible y capaz de implantarse de forma crónica. Los estudios iniciales con monos Rhesus y ratas demostraron que el electrodo neurotrófico podía implantarse de forma crónica durante hasta 14 meses (los ensayos en humanos confirmarían posteriormente una robustez aún mayor). ^{[ 5 ]} Esta longevidad fue fundamental para los estudios, ya que, mientras los monos eran entrenados en una tarea, las neuronas que inicialmente estaban inactivas comenzaban a activarse a medida que aprendían la tarea, un fenómeno que no se habría podido observar si el electrodo no hubiera sido capaz de implantarse a largo plazo. ^{[ 1 ]}

El cono de vidrio mide solo 1–2  mm de largo y está relleno de factores tróficos para estimular el crecimiento de axones y dendritas a través de su punta y cuerpo hueco. Cuando las neuritas alcanzan el extremo posterior del cono, se unen al neuropilo de ese lado, lo que fija el cono de vidrio en su lugar. Como resultado, se puede lograr un registro a largo plazo estable y robusto. ^{[ 6 ]} El cono se sitúa con su punta cerca de la capa cinco de la corteza, entre los cuerpos celulares del tracto corticoespinal , y se inserta en un ángulo de 45° desde la superficie, a unos 5 o 6  mm de profundidad. ^{[ 7 ]}

Tres o cuatro hilos de oro están pegados al interior del cono de vidrio y sobresalen por la parte posterior. Registran la actividad eléctrica de los axones que han crecido a través del cono y están aislados con teflón . Los hilos están enrollados para aliviar la tensión, ya que están incrustados en la corteza por un extremo y conectados a los amplificadores, que están fijados al interior del cráneo, por el otro. Dos hilos están conectados a cada amplificador para proporcionar señalización diferencial . ^{[ 7 ]}

Una de las mayores ventajas del electrodo neurotrófico es su capacidad inalámbrica, ya que, al no requerir cableado transdérmico, el riesgo de infección se reduce significativamente. Las señales neuronales captadas por los electrodos viajan a través de los cables de oro y el cráneo, donde se transmiten a los bioamplificadores (generalmente amplificadores diferenciales ). Las señales amplificadas se envían mediante un conmutador a un transmisor , donde se convierten en señales FM y se emiten con una antena. Los amplificadores y transmisores se alimentan con una señal de inducción  de 1 MHz rectificada y filtrada. La antena, los amplificadores, los conmutadores analógicos y los transmisores FM están integrados en una placa de circuito impreso estándar de montaje superficial que se coloca justo debajo del cuero cabelludo. El conjunto está recubierto con geles protectores ( Parylene , Elvax y Silastic ) para garantizar la biocompatibilidad y proteger los componentes electrónicos de los fluidos. ^{[ 7 ]}

En la superficie externa del cuero cabelludo del paciente se encuentran la bobina de inducción correspondiente y una antena que envía la señal FM al receptor . Estos dispositivos se fijan temporalmente con una pasta soluble en agua. El receptor demodula la señal y la envía al ordenador para la clasificación de picos y el registro de datos. ^{[ 7 ]}

La mayor parte del electrodo neurotrófico se fabrica a mano. Los alambres de oro se cortan a la longitud correcta, se enrollan y luego se doblan en un ángulo de 45° justo por encima del punto de contacto con el cono para limitar la profundidad de implantación. Se añade una curva más en la dirección opuesta donde los alambres atraviesan el cráneo. Las puntas se despojan de su recubrimiento de teflón, y las más alejadas del cono se sueldan y luego se sellan con acrílico dental a un conector de componentes. El cono de vidrio se fabrica calentando y estirando una varilla de vidrio hasta formar una punta, y luego cortando la punta a la longitud deseada. El otro extremo no es un corte recto, sino que se talla en ángulo para proporcionar una repisa sobre la que se pueden fijar los alambres de oro. Luego, los alambres se colocan en la repisa y se aplica un pegamento de gel de metacrilato de metilo en varias capas, teniendo cuidado de no cubrir las puntas conductoras. Finalmente, el dispositivo se esteriliza con gas glutaraldehído a baja temperatura y se airea. ^{[ 7 ]}

Uno de los pacientes del Dr. Kennedy, Johnny Ray, logró aprender a controlar el cursor de una computadora con el electrodo neurotrófico. Tres señales neuronales distintas del dispositivo se correlacionaron con el movimiento del cursor a lo largo del eje x, a lo largo del eje y y con una función de "selección", respectivamente. El movimiento en una dirección determinada se activaba mediante un aumento en la frecuencia de disparo neuronal en el canal asociado. ^{[ 3 ]}

Se utilizaron señales neuronales obtenidas de otro paciente del Dr. Kennedy para formular sonidos vocálicos mediante un sintetizador de voz en tiempo real. La configuración electrónica fue muy similar a la utilizada para el cursor, con la adición de un decodificador neuronal posterior al receptor y el propio sintetizador. Los investigadores implantaron el electrodo en el área de la corteza motora asociada con el movimiento de los articuladores del habla, ya que una resonancia magnética funcional previa a la cirugía indicó una alta actividad en esa zona durante una tarea de denominación de imágenes. El retraso promedio entre la activación neuronal y la salida del sintetizador fue de 50 ms, aproximadamente el mismo que el retraso de una vía biológica intacta . ^{[ 8 ]}

El electrodo neurotrófico no se activa inmediatamente después de la implantación, ya que los axones deben crecer dentro del cono antes de que el dispositivo pueda captar señales eléctricas. Los estudios han demostrado que el crecimiento del tejido se completa en gran medida tan solo un mes después del procedimiento, pero tarda hasta cuatro meses en estabilizarse. ^{[ 1 ]} Un retraso de cuatro meses no representa una desventaja si se considera la esperanza de vida de la persona con síndrome de enclaustramiento que espera volver a moverse o hablar.

Los riesgos asociados a la implantación son los que suelen estar relacionados con la cirugía cerebral, a saber, la posibilidad de hemorragia, infección, convulsiones, accidente cerebrovascular y daño cerebral. Hasta que la tecnología avance lo suficiente como para reducir considerablemente estos riesgos, el procedimiento se reservará para casos extremos o experimentales. ^{[ 2 ]} Solo uno de los seis pacientes de Neural Signals, el propio Dr. Kennedy, presentó complicaciones. Experimentó un breve episodio de convulsiones motoras focales e inflamación cerebral que le provocó debilidad temporal en el lado contralateral del cuerpo. ^{[ 16 ]}

Cuando a Johnny Ray se le implantó el dispositivo en 1998, uno de los electrodos neurotróficos comenzó a emitir una señal intermitente tras haberse anclado en el neurópilo, por lo que el Dr. Kennedy se vio obligado a utilizar los dispositivos restantes. Esto se debió a un problema con la electrónica, NO con el electrodo. ^{[ 3 ]} Por lo tanto, incluso si no hay complicaciones tras la cirugía, existe la posibilidad de que la electrónica falle. Es fácil reemplazar la electrónica. Además, si bien los implantes en sí están encapsulados en el cráneo y, por lo tanto, son relativamente seguros frente a daños físicos, la electrónica en la parte externa del cráneo, bajo el cuero cabelludo, es vulnerable. Dos pacientes del Dr. Kennedy sufrieron daños accidentales durante espasmos, pero en ambos casos solo fue necesario reemplazar los dispositivos externos. ^{[ 7 ]}

En noviembre de 2010, el Dr. Kennedy estaba trabajando en la aplicación del electrodo para la síntesis del habla , pero tenía planes de ampliar sus usos a muchas áreas diferentes, una de las cuales es la restauración del movimiento con neuroprótesis . ^{[ 2 ]}

El habla silenciosa es "el procesamiento del habla en ausencia de una señal acústica inteligible" que se utiliza principalmente como ayuda para la persona enclaustrada. El habla silenciosa se ha decodificado con éxito ^[12] . Un objetivo secundario es utilizar el habla audible o silenciosa como un "teléfono celular bajo el cuero cabelludo con electrodos que entran en la corteza motora del habla", es decir, como un artículo de consumo. Según Phil Kennedy,

Puede que al lector le resulte chocante esta idea. Pero permítanme explicarlo. Piensen en todas las ventajas de tener un teléfono móvil privado y siempre accesible dentro del cuerpo. Por ejemplo: «Necesito contactar con tal persona, necesito preguntarle algo a Siri, necesito acceder a la nube y recibir información, necesito realizar un cálculo usando la nube, necesito usar internet, necesito saber cómo van mis acciones, necesito saber dónde están mis hijos, me he caído y necesito contactar con los servicios de emergencia, etc. Puedo enviarles un mensaje o llamarlos con solo pensarlo, sin necesidad de buscar mi teléfono y pulsarlo». El teléfono móvil implantado bajo el cuero cabelludo evitará ese paso. Proporcionará comunicación continua a voluntad y podrá apagarse cuando se desee. Además, cabe recordar que la historia demuestra que la gente no rechaza los dispositivos imperceptibles, es decir, los implantados bajo la piel o el cuero cabelludo. Pensemos en cómo los marcapasos cardíacos fueron rechazados inicialmente por su tamaño y porque debían llevarse fuera del cuerpo. Ahora están totalmente implantados y se prescriben habitualmente a los pacientes. En mi opinión, este incómodo acontecimiento también es inevitable.

Así pues, mi predicción es que, tras ayudar a las personas necesitadas, pasaremos a ayudar a las personas con un producto de consumo. De forma análoga, si las personas necesitadas son la cola del perro (siendo el perro la humanidad entera), entonces, en lugar de que el perro mueva la cola, ¡la cola moverá al perro!