COMUNICACIÓN E
INNOVACIÓN DE IMPACTO
INNOVACIÓN DE IMPACTO
Elon Musk no es el primero en proponer la creación de una empresa o un proyecto de implante cerebral, pero es un hecho que la publicidad y el dinero involucrados en sus emprendimientos marcan la diferencia a la hora de creer si algo realmente saldrá adelante o no. Pero más allá del revuelo que se pueda generar y la inversión que se pueda conseguir, existen también algunas características técnicas (y éticas) que deben considerarse al crear y popularizar un dispositivo invasivo como pretende ser el producto de Neuralink.
Pensando en esto, Rick Liebling, del boletín The Adjacent Possible, recomendó el artículo “A Brief Tour Through the Wild West of Neural Interfaces” de Shelly Fan para SingularityHub como una propuesta de conversación sobre el tema. En él, Fan comenta un artículo publicado en la revista Nature, una de las mayores referencias en artículos científicos, que señala el hecho de que los electrodos están cayendo cada vez más en desuso frente a otros tipos de interfaces neurales capaces de utilizar otros estimulantes que no sean la electricidad, sino la luz, sustancias químicas o incluso dos fuentes diferentes a la vez.
Según la investigación, aunque a menudo conocemos el caso de los implantes cibernéticos, existen otras posibilidades que involucran también la ingeniería genética, pero que hasta ahora solo se han probado en animales, precisamente por esa razón. De cualquier modo, Fan defiende que este tipo de propuesta no debe quedar reservada solo al laboratorio, sino llegar a los estantes de la tienda más cercana, lo que puede llevar unos buenos años, pero no es una hipótesis imposible.
De hecho, los electrodos son una de las tecnologías de interfaz cerebral más avanzadas y consolidadas en el ámbito científico, y uno de los motivos es que nuestras neuronas se comunican principalmente mediante “picos” eléctricos que, sin embargo, están respaldados por reacciones químicas. Como escribe Fan: “la lógica es sólida: un electrodo implantado puede ‘escuchar’ y grabar la conversación entre neuronas, y un software cada vez más potente puede ayudar a decodificar esa señal”.
En este sentido, cuando finalmente logramos decodificar esa comunicación, también podemos, teóricamente, crear datos que se transfieran de un dispositivo a nuestro cerebro. “Cuando nuestro código interno se rompe —como en el caso del alzhéimer, la depresión o la epilepsia—, las intervenciones externas pueden organizar la información del sistema nervioso y recuperar su función”, explica Fan. “El problema —argumentan los profesores del MIT, el Dr. James Frank, Marc-Joseph Antonini y Polina Anikeeva— es que eventualmente necesitaremos ir más allá de los electrodos implantables clásicos, porque no son lo suficientemente específicos. De hecho, no alcanzan los tipos y grupos de neuronas necesarios para reproducir un pensamiento o una acción. ¿El resultado? Efectos secundarios indeseables e impredecibles”.
Por otro lado, nuestro cerebro tampoco funciona exactamente así. Los patrones de actividad neural ocurren desde diferentes puntos de vista: neuronas individuales, redes neuronales, ondas cerebrales… y todo ello en tiempos distintos. “Es como si estuviéramos intentando tocar una pieza de piano específica al leer una partitura: tienes que tocar las notas correctas, mantenerlas con la fuerza adecuada y durante el tiempo preciso, o la ‘música’ neural parecerá otra cosa completamente distinta”, explica Fan.
Por lo tanto, el futuro de los implantes neurales, según los autores del artículo publicado en Nature, es un producto capaz de integrar múltiples niveles de actividad cerebral. La forma más sencilla de lograrlo es integrando funciones múltiples —electricidad, luz, química, magnetismo— en un mismo implante. En el caso del MiNDS (siglas de sistema de administración de sustancias miniaturizado neural), es posible registrar regiones profundas del cerebro de primates no humanos y también estimularlas. Sin embargo, en el caso de implantes de larga duración, estos deben ser blandos y biocompatibles con el cerebro para reducir los problemas de cicatrización.
Por último, Fan comenta sobre la posibilidad real de conectar el cerebro a una computadora. Para ello, el dispositivo debe ser realmente inteligente y estar cerrado en un sistema propio. “En lugar de estimular neuronas basándose en un protocolo preprogramado, estos implantes miden la actividad cerebral y aprenden a intervenir solo cuando detectan anomalías. De este modo, es menos probable que los implantes distorsionen la función normal del cerebro; es decir, no alterarán la noción de identidad ni el autocontrol de una persona”, describe la autora.
En cuanto al uso de la luz, la optogenética ha demostrado ser un área de investigación que revolucionó la neurociencia. En este caso, el método consiste en insertar genéticamente proteínas sensibles a la luz, llamadas opsinas, en las neuronas. Cuando se activan mediante una luz —que normalmente es azul, aunque se puede utilizar prácticamente todo el espectro—, la proteína forma un túnel por el que pueden pasar iones. Así es como funcionan naturalmente las neuronas, explica Fan, por lo que la luz puede actuar como un disparador artificial para activar o inhibir neuronas específicas. Gracias a la luz, los científicos han podido “crear” recuerdos falsos en ratones o borrar recuerdos indeseables.
Y dado que esta técnica utiliza métodos de ingeniería genética, uno de los mayores objetivos de interés para su uso es el caso de la ceguera, especialmente porque los ojos son fáciles de acceder y naturalmente capaces de procesar la luz. “Estudios preliminares ya han descubierto que la luz natural, a través de proteínas optogenéticas dentro de la retina, puede ayudar a los ratones a ‘ver’ y reaccionar a imágenes de forma similar a los ratones normales, a pesar de que las proteínas son menos sensibles que los sensores biológicos originales de los ojos”, describe el artículo.
Debido a esto, los investigadores están tratando de encontrar una forma de crear soluciones más sofisticadas, por ejemplo, con dispositivos inalámbricos de pequeño tamaño que puedan insertarse debajo del cuero cabelludo. En lugar de usar baterías, estos dispositivos pueden captar energía mediante campos magnéticos que oscilan externamente. Además, estos dispositivos también podrían controlarse digitalmente para modular su intensidad y frecuencia en la activación de luz y la actividad neural.
Otro estudio, describe Fan, también utilizó una técnica ya existente en la optogenética, pero de forma transformadora. Comparadas con la luz azul, las longitudes de onda casi infrarrojas penetran fácilmente en el cráneo y en el tejido cerebral sin dispersarse, lo que permite modular regiones más profundas del cerebro. Un equipo de ingenieros de Berkeley, por ejemplo, creó nanopartículas que servirían como lámparas que convierten este tipo de longitud de onda en una luz tradicional para la optogenética, que es la azul-verde, dentro del cerebro. Con esto, el equipo pudo activar neuronas dentro del cerebro de un ratón al usar este tipo de luz desde fuera del cráneo, apuntando así a neuronas relacionadas con la depresión para que estas pudieran liberar dopamina.
En cuanto a la metodología química, Fan comenta que la idea no es replicar formas antiguas de liberar sustancias en el cerebro, como se hacía anteriormente al liberar dopamina en el cerebro de pacientes con Parkinson. En realidad, en este caso, los principales modos de utilizar sustancias químicas en el cerebro son mediante fármacos diseñados específicamente para activar determinadas neuronas o bien mediante una combinación con optogenética para controlar los circuitos neurales.
El primer caso, comenta Fan, llega a ser parecido a la optogenética, pero en lugar de usar proteínas sensibles a la luz, los científicos utilizan proteínas creadas específicamente para abrir canales que solo encajarán con los fármacos diseñados para ese fin. La tecnología, conocida como DREADD (receptores de diseño activados exclusivamente por fármacos de diseño), permite a los científicos refinar su control sobre las redes neuronales. Sin embargo, estos dispositivos también necesitan neuronas genéticamente alteradas para funcionar, por lo que aún no hay pruebas en laboratorio, al menos por ahora. De cualquier modo, la idea es que este tipo de solución llegue al mercado como una especie de píldora que se toma y permite tener un control específico sobre los circuitos neurales.
En el caso de la segunda forma, un estudio publicado recientemente combinó fármacos con optogenética dentro de un implante “optofluido”. Es decir, se trata de un implante blando con una especie de tapón reemplazable que puede rellenarse para la estimulación química crónica; la dopamina es una de las sustancias favoritas, ya que puede usarse tanto en casos de depresión como de Parkinson, además de ser capaz de reducir daños en los tejidos neurales. “El implante puede controlarse de forma remota con un teléfono inteligente, es mínimamente invasivo y consume muy poca energía. Por ahora, el implante se utiliza en animales para estimular funciones de redes neuronales, pero el equipo está interesado en comenzar a realizar pruebas en humanos”, detalla Fan.
Finalmente, la electricidad resurge como una metodología de estimulación neuronal tras el éxito del proyecto Walk Again, que utilizó implantes cerebrales como el Utah Array para ayudar a personas con parálisis a recuperar el movimiento. Los microelectrodos, en este caso, utilizan técnicas de microfabricación para crear estos electrodos basados en silicio. Son la inspiración para una nueva generación de implantes, como es el caso del Neuropixel, capaz de proporcionar mil áreas de grabación en su superficie de 10 mm.
Con esto, los científicos también han comenzado a explorar electrodos blandos y biocompatibles que pueden aumentar la vida útil de un implante. Dado que el cerebro y los electrodos rígidos no son compatibles en sus propiedades mecánicas, estos tipos de electrodos causan una intensa reacción de cicatrización alrededor del implante, lo que puede volverlo inútil en algún momento. “El favorito de los medios, Neuralink, por ejemplo, utiliza electrodos blandos como medusas que capturan la actividad cerebral de grupos mucho más pequeños de neuronas y, en teoría, serían capaces de reducir la respuesta de rechazo del cerebro. Otra idea, el Neural Lace, adopta una estructura tipo sándwich que permite la flexibilidad según su huésped y la integración con los tejidos cerebrales. En ratones, el tejido pudo estimular el cerebro de forma consistente durante ocho meses después del implante”, escribe Fan.
Otro ejemplo que menciona la autora es Neurogrid, que utiliza material biocompatible en la punta del electrodo para reducir el ruido. Según Fan, un estudio reciente descubrió que estos tipos de materiales son capaces de transportar iones con mayor facilidad entre el cerebro y los electrodos.
Por último, una de las conclusiones evaluadas por Fan es que el futuro de los implantes neurales es, al menos, bimodal. “La transición de esta nueva generación de implantes eléctricos a las clínicas podrá ofrecer alternativas más precisas que las que tenemos hoy. Pero cuando se combinan con algoritmos inteligentes que permiten una estimulación en ciclo cerrado, junto con el alcance de la sustancia química y la precisión de la optogenética, seremos capaces de jugar finalmente con nuestros cerebros tal como tocamos instrumentos musicales”.
