La investigación en constante evolución está convirtiendo constantemente la ciencia ficción en un hecho científico. Los implantes neuronales (pequeños dispositivos que leen o estimulan la actividad cerebral) ya han entrado en ensayos en humanos, lo que demuestra lo que es posible cuando la tecnología y la neurociencia se cruzan. Si bien los primeros resultados demuestran que el concepto funciona, ahora ha comenzado la carrera para hacer que estos sistemas sean más pequeños, más seguros y más confiables.
Tanto los desarrolladores como los filántropos tienen objetivos ambiciosos: desde controlar computadoras y prótesis sin más que pensar hasta restaurar el movimiento después de una parálisis y monitorear trastornos neurológicos en tiempo real.
Ahora, investigadores de la Universidad de Cornell han dado un gran paso adelante. Han creado un implante neuronal más pequeño que un grano de sal que puede transmitir señales de forma inalámbrica desde el interior del cerebro. Sus resultados, publicados en Nature Electronics, muestran que este pequeño implante emitió datos limpios e ininterrumpidos en ratones sanos durante más de un año.
Es el implante neuronal funcional más pequeño jamás diseñado, lo que demuestra que la tecnología avanzada se puede miniaturizar a un nivel que antes se consideraba imposible. Medir la actividad cerebral a escala celular con una intrusión mínima podría abrir ventanas completamente nuevas sobre cómo los organismos crecen, se adaptan y declinan con el tiempo.
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Implantes impulsados por rayos láser infrarrojos
Un implante neuronal inalámbrico, electrodo optoelectrónico sin cables (MOTE) a microescala, que descansa sobre un grano de sal.
(Imagen cortesía de Yumin Zheng y Sunwoo Lee)
Hacer realidad el sueño de la monitorización cerebral en tiempo real siempre ha enfrentado el desafío de la escala. Incluso los implantes con cables más delgados pueden irritar el tejido circundante a medida que el cerebro se desplaza sutilmente con cada respiración o latido del corazón. Esa fricción y tirones pueden provocar inflamación y cicatrices, lo que limita el tiempo que dichos dispositivos permanecen utilizables.
Para evitarlo, los científicos han estado explorando sistemas inalámbricos o sin cables. La energía y los datos se pueden transferir a través de ondas de radio, ultrasonido o luz. Cada enfoque conlleva sus propias compensaciones en materia de seguridad, precisión y eficiencia energética.
Después de sopesar las opciones, el equipo de Cornell diseñó un electrodo optoelectrónico sin cables (MOTE) a microescala que funciona completamente con luz. Los rayos láser rojos e infrarrojos pueden atravesar con seguridad el cráneo y el tejido cerebral para suministrar energía. A cambio, el dispositivo utiliza luz infrarroja para enviar la actividad cerebral registrada.
Ratones que no se molestaron por un pequeño implante durante más de un año
El sistema depende de la luz tanto para la energía como para la comunicación. Como se explica en un comunicado de prensa, un diodo semiconductor hecho de arseniuro de aluminio y galio captura la luz entrante para alimentar el circuito y luego emite luz infrarroja para enviar datos. Un amplificador de bajo ruido y un codificador óptico, idénticos a la tecnología de semiconductores que se encuentra en los microchips cotidianos, se encargan del procesamiento de la señal.
El resultado es un implante completamente funcional de sólo 300 micras de largo y 70 micras de ancho, una milésima de pulgada.
El equipo primero probó el implante en cultivos celulares y luego lo implantó en la corteza cilíndrica de ratones, la región del cerebro de los roedores que procesa la información sensorial de los bigotes. Durante un año entero, el pequeño implante rastreó todo, desde la activación de células nerviosas individuales hasta ondas más amplias de actividad cerebral, mientras los ratones se mantenían sanos y se comportaban normalmente.
El implante neuronal más pequeño para medir la actividad neuronal
“Hasta donde sabemos, este es el implante neuronal más pequeño que medirá la actividad eléctrica en el cerebro y luego la informará de forma inalámbrica”, dijo en el comunicado de prensa la coautora del estudio Alyosha Molnar, profesora de la Universidad de Cornell. “Al utilizar modulación de posición de pulso para el código (el mismo código utilizado en las comunicaciones ópticas para satélites, por ejemplo), podemos usar muy, muy poca energía para comunicarnos y aún así recuperar los datos ópticamente con éxito”.
Molnar y su equipo creen que la composición del material del MOTE algún día podría permitirle recopilar datos del cerebro incluso durante exploraciones de resonancia magnética, algo que actualmente no es posible con la mayoría de los implantes.
Más allá de la neurociencia, se podrían utilizar diseños similares para estudiar otros tejidos, como la médula espinal, o incluso incrustarlos en placas de cráneo artificiales para crear interfaces neuronales totalmente integradas y a largo plazo.
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