El cerebro controla los músculos paralizados

CHRISTIAN ETHIER Y LEE MILLER

Científicos de la Universidad Northwestern han desarrollado un dispositivo que permite a los monos extender la mano y agarrar una pelota, aunque no puedan sentir parte de su brazo músculos. Un panel de electrodos implantado en los monos’ el cerebro decodifica los comandos de la corteza motora (la región que controla los movimientos), mientras que los electrodos en sus brazos estimulan directamente los músculos apropiados.

Este intermediario electrónico, conocido como estimulación eléctrica funcional (FES, por sus siglas en inglés), pasa por alto el médula espinal, y permite a los monos realizar tareas simples a pesar de sus músculos paralizados, cuyas conexiones con el cerebro se han desactivado temporalmente. Sus inventores, que publicaron sus hallazgos hoy (18 de abril) en Nature, esperan que un sistema similar pueda ayudar a las personas con lesiones en la médula espinal a recuperar el control de sus manos, dándoles más independencia en su vida diaria.

“[Es el] primer paso para mostrar cómo se pueden vincular FES y la decodificación cerebral” dijo el neurobiólogo…

FES no es una idea nueva. Los sistemas existentes ya pueden restaurar los movimientos de las extremidades paralizadas mediante la estimulación directa de los músculos. Pero todos estos están controlados por partes móviles de la extremidad que aún están activas. Un encogimiento de hombros, por ejemplo, podría desencadenar un movimiento preprogramado específico en una mano paralizada. La diferencia crítica es que tomamos las señales de control del cerebro, dijo el neurofisiólogo Lee Miller de la Universidad Northwestern, quien dirigió el nuevo estudio.

Trabajando en el laboratorio de Miller, el posdoctorado Christian Ethier y la estudiante graduada Emily Oby entrenaron a dos monos para recoger pelotas de goma y ponerlas en un dispensador. Mientras lo hacían, unos electrodos implantados registraban la actividad eléctrica en sus cerebros, brazos y manos. Ethier y Oby usaron estas grabaciones para construir un decodificador que traduce la actividad cerebral de los monos en movimientos musculares.

A continuación, el equipo paralizó temporalmente los músculos flexores que cierran las manos de los monos, inyectando anestesia en los nervios de sus codos. . Ese modelo fue muy importante, porque podemos encenderlo y apagarlo, dice Miller. No teníamos ningún interés en lesionar sus médulas espinales.

A pesar de su parálisis, el dispositivo implantado que transmite los mensajes del cerebro directamente a los músculos del brazo a través de cables, sin pasar por los nervios adormecidos, permitió a los monos mover la pelota de manera confiable. en el 80 al 90 por ciento de sus intentos, en comparación con menos del 5 por ciento del tiempo cuando el dispositivo estaba apagado. También podían controlar cuidadosamente la fuerza de su agarre. Cuando Ethier y Oby les dieron a los monos un videojuego simple en el que movían un cursor apretando un tubo, podían aplicar la cantidad justa de fuerza para mantener el cursor en posición.

Miller dice que esta configuración tiene ventajas sobre los dispositivos FES existentes, que solo permiten a las personas realizar algunos movimientos preprogramados realizando movimientos específicos, como encogerse de hombros. Con estos sistemas, el paciente tiene que pensar en lo que está haciendo, dijo Miller. Nuestro sistema proporciona una flexibilidad significativamente mayor y, aunque no podemos preguntarle esto al mono, parece implicar una carga cognitiva menor.

Pero el estudio es una demostración muy simple, señaló Schwartz, en el sentido de que los electrodos solo estimularon tres músculos del brazo En un brazo realmente paralizado, dijo, sería necesario activar muchos más músculos para lograr comportamientos más naturales.

Además, los brazos de los monos solo se adormecieron durante un corto período de tiempo, mientras que los casos reales de parálisis durar mucho más. Con el tiempo, los músculos paralizados se debilitan y las regiones del cerebro que controlan la extremidad inmóvil se reasignan a otras funciones. ¿Volverán esos cambios a la normalidad si un humano o un mono usa estas prótesis? se preguntó Miller. Intentamos extender la duración de la parálisis para permitir que ocurran cambios a largo plazo y ver si podemos revertirlos.

Otro obstáculo potencial es que el equipo construyó su decodificador registrando la actividad muscular de moviendo monos, y tales grabaciones serían imposibles si los pacientes ya están paralizados, dijo Chet Moritz de la Universidad de Washington, quien no participó en el estudio. Pero este Miller no ve esto como un gran obstáculo. Sabemos más o menos qué intentarán hacer los músculos para los diferentes movimientos, y podemos hacer una buena conjetura sobre un decodificador. Luego lo adaptamos, dijo.

Miller tampoco prevé ningún problema en la transferencia del sistema a pacientes humanos. Los electrodos de estimulación muscular son similares a los que se encuentran en los dispositivos FES aprobados, y los implantes de registro cerebral ya están en uso en experimentos en curso. Realmente no hay obstáculos técnicos significativos que nos impidan llevar esta tecnología combinada a los humanos, dijo Miller.

C.Ethier et al., «Restauración del agarre después de la parálisis a través de la estimulación controlada por el cerebro de los músculos», Nature doi:10.1038/nature10987, 2012.

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