¿Podría un científico intervenir en un experimento cerebral al otro lado del mundo sin moverse de su escritorio?
Los investigadores ahora han demostrado esa posibilidad enviando comandos desde Chicago a un implante cerebral inalámbrico en Daejeon, Corea del Sur, a 10.596 kilómetros (6.584 millas) de distancia.
La señal viajó a través de Internet hasta una computadora en el laboratorio coreano, que transmitió la orden de forma inalámbrica al implante. El sistema respondió en un promedio de unos 109 milisegundos.
Esta prueba intercontinental fue una demostración de ingeniería: demostró que el dispositivo podía operarse desde otro país.
El control a larga distancia podría tener un papel práctico en la investigación del cerebro. Cuando los investigadores ingresan a un espacio experimental o se acercan a un animal para operar un equipo, su presencia puede afectar su comportamiento. Un dispositivo activado remotamente podría reducir esa interferencia y permitir que científicos de diferentes lugares participen en los mismos experimentos.
El sistema, llamado RAPIDO, fue desarrollado por investigadores de KAIST y la Universidad de Yonsei y descrito en un estudio publicado en Science Advances.
Lo suficientemente pequeño como para ser transportado por una rata que se mueve libremente, RAPIDO puede realizar dos tareas diferentes dentro del cerebro. Puede administrar una sustancia a través de un canal diminuto y puede emitir luz desde un LED en miniatura. Los investigadores pueden controlar estas funciones por separado y programarlas con antelación.
A diferencia de los implantes anteriores, RAPIDO tiene un cartucho recargable y puede administrar dosis y luz programadas a través de Internet.
“Nuestro implante cerebral permite a los investigadores llevar a cabo intervenciones ópticas y farmacológicas repetidas, a largo plazo y controladas de forma remota en animales que se mueven libremente sin manipular repetidamente al animal ni reemplazar el implante mediante cirugía adicional”, dijo a ScienceAlert el ingeniero eléctrico de KAIST, Jae-Woong Jeong, quien dirigió el estudio.
“Esto hace posible realizar experimentos longitudinales con una intervención menos directa y una influencia reducida de la presencia del experimentador”.
Después de demostrar la conexión remota, el equipo evaluó estas dos funciones en experimentos separados con ratas.
En la primera serie de experimentos, los investigadores probaron el sistema de administración de fármacos.
El implante administró diferentes dosis de cocaína directamente en el núcleo accumbens, una región del cerebro involucrada en el comportamiento relacionado con la recompensa.
Las dosis produjeron cambios correspondientes en el movimiento de las ratas, y estos efectos se reprodujeron dos, tres y cuatro semanas después de la implantación.
Esto demostró que el implante podía administrar repetidamente dosis controladas y producir efectos conductuales mensurables durante varias semanas. No probó el tratamiento de la adicción.
El segundo experimento probó si la luz podía afectar lo que las ratas aprendieron a preferir. Utilizó la optogenética, que hace que células seleccionadas o procesos dentro de ellas respondan a la luz. ScienceAlert ha cubierto anteriormente experimentos en los que neuronas artificiales se comunicaban con neuronas vivas modificadas genéticamente mediante luz.
Para este segundo experimento, se inyectó cocaína en el abdomen de las ratas en lugar de a través del implante, aislando el efecto de la luz únicamente. Las ratas que recibieron cocaína sin luz prefirieron posteriormente el compartimento asociado con la droga.
En otro grupo, la luz del implante activó la vía de señalización RhoA durante el acondicionamiento. Estas ratas no desarrollaron la misma preferencia por el compartimento asociado a la cocaína.
“En conjunto, estos experimentos demuestran la capacidad de la plataforma para investigar vínculos causales entre manipulaciones neuronales específicas y el comportamiento”, dijo Jeong a ScienceAlert.
Los resultados no significan que el dispositivo haya tratado la adicción a la cocaína. Estos fueron experimentos de prueba de concepto en ratas, y reducir una preferencia de lugar aprendida es diferente a tratar una adicción establecida.
“El mayor desafío es demostrar seguridad y confiabilidad a largo plazo en el cerebro humano”, dijo Jeong a ScienceAlert.
Un dispositivo clínico requeriría pruebas adicionales de su biocompatibilidad, empaque, administración de medicamentos y controles de seguridad. La optogenética presentaría otro desafío porque requiere la entrega segura de genes sensibles a la luz.
“Por lo tanto, en esta etapa es mejor considerar este implante cerebral como una plataforma de investigación que podría ayudar a desarrollar y evaluar futuras estrategias terapéuticas, en lugar de como un dispositivo clínico en sí”, dijo Jeong.
Los implantes cerebrales inalámbricos que administran drogas y luz no son del todo nuevos. Un trabajo anterior en el que participó el ingeniero de KAIST, Jae-Woong Jeong, produjo implantes controlados por teléfonos inteligentes con cartuchos de medicamentos reemplazables para ratones que se movían libremente.
El principal avance de RAPIDO es reunir varias capacidades: administración repetible de medicamentos, estimulación luminosa dirigida, operación programable y control a través de Internet.
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Por tanto, el estudio arrojó tres resultados claros. Un implante cerebral en Corea respondió a órdenes enviadas desde Estados Unidos. El dispositivo entregó cocaína repetidamente durante hasta cuatro semanas. Y en un experimento separado, la activación de la luz impidió que las ratas desarrollaran una preferencia por el compartimento asociado a la cocaína.
En conjunto, esos resultados establecen a RAPIDO como una herramienta de investigación operada de forma remota para cambiar procesos cerebrales específicos y medir los efectos conductuales asociados.
La investigación fue publicada en Science Advances.
Este artículo fue verificado por Fiona MacDonald y editado por Fiona MacDonald. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.