IEn las últimas décadas, las personas con problemas de movilidad han presenciado una oleada de avances en dispositivos neuroprotésicos, sistemas artificiales que buscan reemplazar una sensación particular o una capacidad perdida. Los neuroprotésicos actuales utilizan estimulación eléctrica para activar los músculos que carecen de entradas eléctricas naturales de los nervios, un enfoque llamado estimulación eléctrica funcional (FES). A pesar de su éxito, el enfoque tiene limitaciones, incluida la fatiga muscular.

Ahora, un equipo de neurocientíficos ha presentado una nueva técnica que activa músculos diseñados para responder a la luz, lo que permite un control muscular más preciso. Sus hallazgos, publicados en Robótica científica, Podría mejorar potencialmente la neuroprótesis.¹

Tanto los investigadores como los médicos utilizan dispositivos de estimulación eléctrica funcional para ayudar a personas con movilidad reducida. Sin embargo, la estimulación eléctrica funcional funciona de forma opuesta a la activación natural de los músculos: activa las fibras nerviosas grandes propensas a la fatiga antes de poner en funcionamiento las unidades más pequeñas, resistentes a la fatiga. Como resultado, la estimulación eléctrica funcional cansa rápidamente los músculos después de solo unos minutos de estimulación. “Es difícil regular la fuerza y ​​se pierde precisión”, dijo Andrew Schwartzun neuroingeniero de la Universidad de Pittsburgh que no participó en el estudio.

Para mejorar este enfoque, Hugh Herrneurocientífico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y coautor del estudio, recurrió a la optogenética, una técnica que permite a los científicos controlar la actividad celular mediante la luz.

En concreto, Herr y su equipo diseñaron un método de estimulación optogenética funcional (FOS) que utiliza la luz para activar los nervios y los músculos conectados a ellos. A continuación, los investigadores pusieron a FES y FOS en una batalla cara a cara para ver cuál era mejor para estimular los músculos. Los investigadores aplicaron estimulación neuronal a los nervios de ratones anestesiados y midieron la fuerza resultante en un músculo específico. A medida que los investigadores aumentaron gradualmente la estimulación luminosa con FOS, la fuerza muscular siguió su ejemplo, mostrando un aumento constante. En cambio, la FES hizo que el músculo alcanzara rápidamente casi el 80 por ciento de la fuerza total antes de estabilizarse incluso con niveles bajos de estimulación eléctrica.

Cuando el equipo extendió el experimento a una hora, descubrieron que el músculo que recibió estimulación eléctrica se fatigaba después de 15 minutos. En cambio, el músculo activado con luz mantuvo su fuerza durante todo el tiempo. “Es realmente sorprendente que podamos realizar un seguimiento durante una hora entera sin que el músculo descanse”, dijo Herr.

Con la estimulación con fotón, el músculo también reflejó de manera más confiable los diferentes patrones de estimulación suministrados a los nervios, un parámetro llamado fidelidad. “Se obtiene lo que se espera obtener”, dijo Schwartz. Con la estimulación con fotón, la actividad muscular se veía distorsionada. Schwartz planteó la hipótesis de que la estimulación con fotón es mejor para imitar la secuencia de eventos que ocurren naturalmente durante la estimulación muscular, lo que conduce a una mayor precisión y fidelidad.

Según Schwartz, debido a su naturaleza gradual, la FOS es una mejor alternativa a la FES y podría permitir una modulación más precisa de los músculos cuando se utilizan neuroprótesis. “Se podrían hacer movimientos más diestros de los dedos”, dijo Schwartz. “Con la FES, la mayoría de los sujetos cerrarían toda la mano, pero con la FOS podríamos controlar con precisión los dedos y la cantidad de fuerza que ejerce cada dedo”.

Tanto Herr como Schwartz reconocieron que, dado que el FOS depende de la expresión de proteínas sensibles a la luz, que se administran a través de virus al cuerpo, aún enfrenta una montaña de desafíos antes de que la tecnología pueda llegar a los pacientes. Sin embargo, Herr sigue teniendo la esperanza de que la estimulación optogenética pueda ser el futuro de las neuroprótesis. Además de vehículos de administración más seguros y efectivos, los investigadores necesitan lograr una expresión duradera de las proteínas sensibles a la luz y superar los desafíos de administrar luz a los nervios periféricos para activar las fibras nerviosas.

“En este caso, la optogenética no sólo será una herramienta científica potente, sino también una herramienta clínica extraordinariamente eficaz”, afirma el Dr.