Estos nuevos implantes nos están ayudando a conectar nuestros cerebros a las computadoras

Los cyborgs ya no son ciencia ficción. El campo de las Interfaces Cerebro-Computadora (ICC) -que utilizan electrodos, a menudo implantados en el cerebro, para traducir la información neuronal en comandos capaces de controlar sistemas externos como un ordenador o un brazo robótico- ha existido durante algún tiempo. La compañía del empresario Elon Musk, Neuralink, tiene como objetivo probar sus sistemas de ICC en un paciente humano para finales de 2020.

A largo plazo, los dispositivos de ICC pueden ayudar a monitorear y tratar los síntomas de trastornos neurológicos y a controlar las extremidades artificiales. Pero también podrían proporcionar un plan para diseñar la inteligencia artificial e incluso permitir la comunicación directa de cerebro a cerebro. Sin embargo, por el momento, el principal desafío es desarrollar ICC que eviten dañar el tejido y las células cerebrales durante la implantación y la operación.

Las ICC han existido por más de una década, ayudando a las personas que han perdido la capacidad de controlar sus extremidades, por ejemplo. Sin embargo, los implantes convencionales - a menudo hechos de silicona - son de órdenes de magnitud más rígidos que el tejido cerebral real, lo que lleva a registros inestables y daño al tejido cerebral circundante.

También pueden llevar a una respuesta inmunitaria en la que el cerebro rechaza el implante. Esto se debe a que nuestro cerebro humano es como una fortaleza vigilada, y el sistema neuroinmune, como los soldados en esta fortaleza cerrada, protegerá a las neuronas (células cerebrales) de los intrusos, como los patógenos o el ICC.

Dispositivos flexibles
Para evitar daños y respuestas inmunitarias, los investigadores se centran cada vez más en el desarrollo del llamado "ICC flexible". Estos son mucho más suaves que los implantes de silicona y similares al tejido cerebral real.

Por ejemplo, Neuralink hizo su primer diseño de "roscas" flexibles e insertador - sondas diminutas, parecidas a roscas, que son mucho más flexibles que los implantes anteriores - para conectar un cerebro humano directamente a una computadora. Estos fueron diseñados para minimizar la posibilidad de que la respuesta inmune del cerebro rechace los electrodos después de la inserción durante la cirugía cerebral.

Mientras tanto, investigadores del grupo Lieber de la Universidad de Harvard diseñaron recientemente una mini sonda de malla que se parece tanto a las neuronas reales que el cerebro no puede identificar a los impostores. Esta electrónica bioinspirada consiste en electrodos de platino y alambres de oro ultrafinos encapsulados por un polímero con un tamaño y flexibilidad similares a los cuerpos de las células neuronales y las fibras nerviosas neuronales.

La investigación en roedores ha demostrado que tales sondas similares a las neuronas no provocan una respuesta inmune cuando se insertan en el cerebro. Son capaces de monitorear tanto la función como la migración de las neuronas.

Entrando en las celdas
La mayoría de los ICC que se usan hoy en día captan señales eléctricas cerebrales que se filtran fuera de las neuronas. Si pensamos en la señal neural como un sonido generado dentro de una habitación, la forma actual de grabar es, por lo tanto, escuchar el sonido fuera de la habitación. Desafortunadamente, la intensidad de la señal se reduce considerablemente por el efecto filtrante de la pared - las membranas de las neuronas.

Para lograr las lecturas funcionales más precisas con el fin de crear un mayor control de, por ejemplo, las extremidades artificiales, los dispositivos de registro electrónico necesitan tener acceso directo al interior de las neuronas. El método convencional más utilizado para este registro intracelular es el "patch clamp electrode": un tubo hueco de vidrio lleno de una solución electrolítica y un electrodo de registro en contacto con la membrana de una célula aislada. Pero una punta de un micrómetro de ancho causa daños irreversibles a las células. Además, sólo puede registrar unas pocas células a la vez.

Para abordar estos problemas, recientemente desarrollamos un conjunto de transistores de nanocables en 3D similares a horquillas y lo utilizamos para leer las actividades eléctricas intracelulares de múltiples neuronas. Y lo que es más importante, pudimos hacer esto sin ningún daño celular identificable. Nuestros nanoalambres son extremadamente delgados y flexibles, y se doblan fácilmente en la forma de la horquilla - los transistores son sólo unos 15x15x50 nanómetros. Si una neurona fuera del tamaño de una habitación, estos transistores tendrían el tamaño aproximado de una cerradura de puerta.

Recubiertas con una sustancia que imita la sensación de una membrana celular, estas sondas ultra pequeñas y flexibles de nanocables pueden cruzar las membranas celulares con un esfuerzo mínimo. Y pueden registrar la vibración intracelular con el mismo nivel de precisión que su mayor competidor: los electrodos de pinza de parcheo.

Claramente, estos avances son pasos importantes hacia ICC precisos y seguros que serán necesarios si queremos lograr tareas complejas como la comunicación de cerebro a cerebro.

Puede sonar un poco aterrador pero, en última instancia, si nuestros profesionales médicos van a continuar entendiendo mejor nuestros cuerpos y nos van a ayudar a tratar enfermedades y a vivir más tiempo, es importante que sigamos empujando los límites de la ciencia moderna para darles las mejores herramientas posibles para hacer su trabajo. Para que esto sea posible, es inevitable una intersección mínimamente invasiva entre humanos y máquinas.