Tendencias Científicas
Matriz de electrodos implantada en el cerebro, así como aquellos (los puntos rojos) que controlan los dedos. Imagen: G. Hotson. Fuente: Universidad Johns Hopkins.
Médicos e ingenieros biomédicos de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore, EE.UU.) han publicado que, por primera vez que ellos sepan, han conseguido mover dedos de forma individual e independientemente, mediante un control "brazo" artificial controlado por la mente.
La prueba de concepto del logro, descrito en línea esta semana en la revista Journal of Neural Engineering, representa un posible avance en las tecnologías para restaurar el funcionamiento de la mano de las personas que han perdido brazos por una lesión o enfermedad, dicen los investigadores.
Al joven con el que se realizó el experimento no le faltaba un brazo o la mano, pero fue equipado con un dispositivo que realizó un mapeo cerebral para eludir el control de éste de su brazo y su mano.
"Creemos que esta es la primera vez que una persona que usa una prótesis con control mental realiza movimientos de los dedos individuales inmediatamente, sin un amplio entrenamiento", dice el autor Nathan Crone, profesor de neurología en la Escuela de Medicina, en la nota de prensa _ de la universidad. "Esta tecnología va más allá de las prótesis disponibles hasta ahora, en las que los dedos artificiales se mueven como una sola unidad para hacer un movimiento de acaparamiento, como agarrando una pelota de tenis".
Para el experimento, el equipo reclutó a un hombre joven con epilepsia ya programado para someterse a cartografía cerebral en la Unidad de Monitoreo de Epilepsia del Hospital Johns Hopkins, en este caso para identificar el origen de sus convulsiones.
Aunque las grabaciones cerebrales se realizaron mediante electrodos implantados quirúrgicamente por razones clínicas, las señales también controlan una prótesis modular desarrollada por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad.
Antes de conectar la prótesis, los investigadores mapearon las partes específicas del cerebro del paciente responsables del movimiento de cada dedo, y programaron la prótesis para mover el dedo correspondiente.
La prueba de concepto del logro, descrito en línea esta semana en la revista Journal of Neural Engineering, representa un posible avance en las tecnologías para restaurar el funcionamiento de la mano de las personas que han perdido brazos por una lesión o enfermedad, dicen los investigadores.
Al joven con el que se realizó el experimento no le faltaba un brazo o la mano, pero fue equipado con un dispositivo que realizó un mapeo cerebral para eludir el control de éste de su brazo y su mano.
"Creemos que esta es la primera vez que una persona que usa una prótesis con control mental realiza movimientos de los dedos individuales inmediatamente, sin un amplio entrenamiento", dice el autor Nathan Crone, profesor de neurología en la Escuela de Medicina, en la nota de prensa _ de la universidad. "Esta tecnología va más allá de las prótesis disponibles hasta ahora, en las que los dedos artificiales se mueven como una sola unidad para hacer un movimiento de acaparamiento, como agarrando una pelota de tenis".
Para el experimento, el equipo reclutó a un hombre joven con epilepsia ya programado para someterse a cartografía cerebral en la Unidad de Monitoreo de Epilepsia del Hospital Johns Hopkins, en este caso para identificar el origen de sus convulsiones.
Aunque las grabaciones cerebrales se realizaron mediante electrodos implantados quirúrgicamente por razones clínicas, las señales también controlan una prótesis modular desarrollada por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad.
Antes de conectar la prótesis, los investigadores mapearon las partes específicas del cerebro del paciente responsables del movimiento de cada dedo, y programaron la prótesis para mover el dedo correspondiente.
Proceso
Primero, el neurocirujano del paciente colocó una matriz de 128 electrodos sensores -todos en una sola película rectangular del tamaño de una tarjeta de crédito- en la parte del cerebro del hombre que normalmente controla los movimientos de manos y brazos. Cada sensor midió un círculo de tejido cerebral de 1 milímetro de diámetro.
El programa informático que desarrolló el equipo de la Johns Hopkins hizo que el hombre moviera los dedos uno a uno según su voluntad, y registró qué partes del cerebro se "iluminaban" cuando cada sensor detectaba una señal eléctrica.
Además de recoger datos sobre las partes del cerebro implicadas en el movimiento motor, los investigadores midieron la actividad eléctrica del cerebro involucrada en la sensación táctil. Para ello, el sujeto fue equipado con un guante con pequeños zumbadores, que vibran en las yemas de los dedos, que se ajustaban de manera individual a cada dedo. Los investigadores midieron la actividad eléctrica resultante en el cerebro para cada conexión con un dedo.
Después de recoger los datos motores y sensoriales, los investigadores programaron la prótesis de brazo para mover los dedos correspondientes basándose en qué parte del cerebro se activaba. Los investigadores encendieron la prótesis, que estaba conectada al paciente a través de los electrodos cerebrales, y pidieron al sujeto que "pensara" en mover individualmente los dedos pulgar, índice, corazón, anular y meñique. La actividad eléctrica generada en el cerebro movió los dedos.
"Los electrodos utilizados para medir la actividad cerebral en este estudio nos dieron una resolución de una amplia región de la corteza nunca conseguida antes, y nos permitieron hacer un mapeo espacial más preciso del cerebro", dice Guy Hotson, estudiante de doctorado y autor principal del estudio. "Esta precisión es la que nos permitió separar el control de los dedos individuales."
Precisión
Inicialmente, la extremidad tuvo una precisión del 76 por ciento. Acoplando los dedos anular y meñique, la precisión aumentaba al 88 por ciento.
"La parte del cerebro que controla los dedos meñique y anular se solapa, y la mayoría de las personas desplazan los dos dedos juntos", dice Crone. "Tiene sentido que el acoplamiento de estos dos dedos mejore la precisión."
Los investigadores señalan que no hizo falta un pre-entrenamiento para obtener este nivel de control, y todo el experimento duró menos de dos horas.
Crone advierte que la aplicación de esta tecnología a quienes realmente han perdido una pierna tardará aún algunos años y será costosa, requiriendo extensa cartografía y programación informática. Según la Coalición de Amputados de EE.UU., más de 100.000 estadounidenses tienen amputadas las manos o los brazos, y la mayoría podría beneficiarse de este tipo de tecnología.
Primero, el neurocirujano del paciente colocó una matriz de 128 electrodos sensores -todos en una sola película rectangular del tamaño de una tarjeta de crédito- en la parte del cerebro del hombre que normalmente controla los movimientos de manos y brazos. Cada sensor midió un círculo de tejido cerebral de 1 milímetro de diámetro.
El programa informático que desarrolló el equipo de la Johns Hopkins hizo que el hombre moviera los dedos uno a uno según su voluntad, y registró qué partes del cerebro se "iluminaban" cuando cada sensor detectaba una señal eléctrica.
Además de recoger datos sobre las partes del cerebro implicadas en el movimiento motor, los investigadores midieron la actividad eléctrica del cerebro involucrada en la sensación táctil. Para ello, el sujeto fue equipado con un guante con pequeños zumbadores, que vibran en las yemas de los dedos, que se ajustaban de manera individual a cada dedo. Los investigadores midieron la actividad eléctrica resultante en el cerebro para cada conexión con un dedo.
Después de recoger los datos motores y sensoriales, los investigadores programaron la prótesis de brazo para mover los dedos correspondientes basándose en qué parte del cerebro se activaba. Los investigadores encendieron la prótesis, que estaba conectada al paciente a través de los electrodos cerebrales, y pidieron al sujeto que "pensara" en mover individualmente los dedos pulgar, índice, corazón, anular y meñique. La actividad eléctrica generada en el cerebro movió los dedos.
"Los electrodos utilizados para medir la actividad cerebral en este estudio nos dieron una resolución de una amplia región de la corteza nunca conseguida antes, y nos permitieron hacer un mapeo espacial más preciso del cerebro", dice Guy Hotson, estudiante de doctorado y autor principal del estudio. "Esta precisión es la que nos permitió separar el control de los dedos individuales."
Precisión
Inicialmente, la extremidad tuvo una precisión del 76 por ciento. Acoplando los dedos anular y meñique, la precisión aumentaba al 88 por ciento.
"La parte del cerebro que controla los dedos meñique y anular se solapa, y la mayoría de las personas desplazan los dos dedos juntos", dice Crone. "Tiene sentido que el acoplamiento de estos dos dedos mejore la precisión."
Los investigadores señalan que no hizo falta un pre-entrenamiento para obtener este nivel de control, y todo el experimento duró menos de dos horas.
Crone advierte que la aplicación de esta tecnología a quienes realmente han perdido una pierna tardará aún algunos años y será costosa, requiriendo extensa cartografía y programación informática. Según la Coalición de Amputados de EE.UU., más de 100.000 estadounidenses tienen amputadas las manos o los brazos, y la mayoría podría beneficiarse de este tipo de tecnología.
Referencia bibliográfica:
Guy Hotson, David P McMullen, Matthew S Fifer, Matthew S Johannes, Kapil D Katyal, Matthew P Para, Robert Armiger, William S Anderson, Nitish V Thakor, Brock A Wester, Nathan E Crone: Individual finger control of a modular prosthetic limb using high-density electrocorticography in a human subject. Journal of Neural Engineering (2016). DOI: 10.1088/1741-2560/13/2/026017.
Guy Hotson, David P McMullen, Matthew S Fifer, Matthew S Johannes, Kapil D Katyal, Matthew P Para, Robert Armiger, William S Anderson, Nitish V Thakor, Brock A Wester, Nathan E Crone: Individual finger control of a modular prosthetic limb using high-density electrocorticography in a human subject. Journal of Neural Engineering (2016). DOI: 10.1088/1741-2560/13/2/026017.
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