Un estudio publicado en Scientific Reports revela cómo ocho personas con lesiones de la médula espinal – muchos de las cuales han estado paralizadas desde hace varios años – han recuperado la sensación parcial y control muscular de los miembros inferiores después del entrenamiento con robótica controlada por una Interfaz Cerebro Máquina – ICM.
La investigación es parte del «Proyecto Caminar de Nuevo», en Sao Paulo, Brasil, con el trabajo con personas que han sufrido lesiones de la médula espinal como consecuencia del impacto de accidente de tráfico, caídas y otros traumas que paralizaron sus extremidades inferiores. El programa tiene como objetivo ayudar a los participantes recuperar la fuerza, la movilidad y la independencia.
El proyecto es una colaboración de más de 100 científicos de 25 países. Sus esfuerzos combinados han ayudado a un hombre con parálisis de patear un balón de fútbol durante la ceremonia de apertura de la Copa del Mundo de 2014, en Sao Paulo, utilizando un exoesqueleto robótico controlado por el cerebro.
Dirigido por la Universidad de Duke, el neurólogo Dr. Miguel Nicolelis, co-director del Centro Duke de Neuroingeniería, cuya investigación deriva de estudios anteriores por el propio Dr. Nicolelis, investiga cómo las poblaciones de células cerebrales representan la información sensorial y motora y cómo se genera el comportamiento, incluyendo movimientos de las extremidades superiores e inferiores.
Estudios anteriores prepararon el terreno para uso de cerebro-máquina en seres humanos
En un estudio, el Dr. Nicolelis registró la actividad cerebral de ratas entrenadas para tirar de una palanca robótica para obtener un sorbo de agua con el uso de microelectrodos implantados en el cerebro. Utilizando una interfaz cerebro-máquina permitió a las ratas a aprender a controlar la palanca usando sólo su actividad cerebral.
En otro estudio se vio cómo algunos monos «rhesus» que están aprendiendo a controlar extremidades robóticas y una versión animada de sí mismos en una pantalla digital, así como las sillas de ruedas que se mueven hacia un cuenco de uvas con la actividad del cerebro solamente. Los monos rhesus también aprendieron a caminar sobre una cinta de correr con las piernas robóticas controladas por el cerebro – foto de portada -.
Estos experimentos con ratas y primates establecieron un modelo para el trabajo en pacientes humanos mediante el cual se registró la actividad cerebral en los pacientes cuando utilizan una mano para agarrar una bola con fuerza variada.
«Es importante entender cómo el cerebro codifica para el movimiento,» dijo el Dr. Nicolelis. «Descubrimos principios de cómo funciona el cerebro que no habríamos descubierto sin entrar en el interior del cerebro.»
«Nadie esperaba que veríamos lo que hemos encontrado, que es la recuperación neurológica parcial de sensoriomotora y funciones viscerales», añade.
El objetivo de la nueva investigación fue preparar el camino para la mejora de las prótesis y dispositivos controlados por el cerebro para las personas que tienen un impedimento grave y que sufre a razón de el.
Recuperación previamente no vista en los pacientes de parálisis a largo plazo
Con el uso de interfaces cerebro-máquina, que incluye un sistema de realidad virtual, los pacientes utilizan su actividad cerebral para simular el control total de sus piernas. Al comienzo de la rehabilitación, cinco participantes habían estado paralizados durante al menos 5 años, y dos habían estado paralizados durante más de una década.
«Lo que estamos mostrando en este trabajo es que los pacientes que utilizan una interfaz cerebro-máquina durante un largo período de tiempo experimentaron mejoras en la conducta motora, sensaciones táctiles y funciones viscerales por debajo del nivel de la lesión de la médula espinal», explica el Dr. Nicolelis .
«Hasta ahora, nadie ha visto la recuperación de estas funciones en un paciente tantos años después de haber sido diagnosticado con parálisis completa», añade.
Según el Dr. Nicolelis, los participantes llevaban un manguito equipado con tacto tecnología llamada retroalimentación háptica, para enriquecer la experiencia y la formación de sus cerebros. Los hápticos utilizan variadas vibraciones para ofrecer retroalimentación táctil, al igual que las sacudidas o zumbido o comisiones ilegales a los jugadores que se sienten a través de un controlador de mano.
«La retroalimentación táctil está sincronizada, y el cerebro del paciente crea una sensación de que están caminando por sí mismos, no con la ayuda de dispositivos», dice el Dr. Nicolelis. «Induce una ilusión que se siente y mueven sus piernas. Nuestra teoría es que al hacer esto, se indujo la plasticidad no sólo a nivel cortical, sino también en la médula espinal.»
Diagnóstico mejorado de parálisis completa a parcial
Los ocho pacientes pasaron por lo menos 2 horas a la semana utilizando las interfaces cerebro-máquina, o dispositivos controlados por señales cerebrales. Después de meses de entrenamiento, los científicos observaron la actividad cerebral que se espera cuando los pacientes pensaban acerca de mover sus piernas.
«Básicamente, la formación vuelve a insertar la representación de los miembros inferiores en los cerebros de los pacientes», dice el Dr. Nicolelis.
Después de un año de entrenamiento, la sensación y el control muscular de los cuatro pacientes cambió significativamente, lo suficiente como para que los médicos actualizaran sus diagnósticos de ser completa a la parálisis parcial.
El control de la vejiga y la función intestinal también mejoraron en los pacientes, lo que redujo tanto su dependencia de los laxantes y los catéteres como el riesgo de infecciones que son comunes en los pacientes con parálisis crónica y una causa principal de muerte.
«Un estudio previo ha demostrado que un gran porcentaje de los pacientes que son diagnosticados como teniendo paraplejia completa todavía puede tener algunos nervios espinales intactos,» dice el Dr. Nicolelis.
«Estos nervios pueden estar latentes durante muchos años porque no hay señal de la corteza a los músculos. Con el tiempo, el entrenamiento con la interfaz cerebro-máquina podría haber reavivado estos nervios. Puede ser un pequeño número de fibras que se mantienen, pero estas pueden ser suficientes para transmitir señales desde el área cortical motora del cerebro a la médula espinal», explicó el Dr. Miguel Nicolelis
Los científicos han proporcionado vídeos de la tecnología y los pacientes para ilustrar su progreso.
Los ensayos futuros se centrarán en los pacientes con lesión de la médula espinal reciente para determinar si el tratamiento rápido puede conducir a resultados más rápidos y mejores.
Otros participantes el estudio son: Sankaranarayani Rajangam’ Po-He Tseng, Allen Yin, Gary Lehew, David Schwarz, e Mikhail A. Lebedev.
Este estudio fue financiado por el National Institutes of Health, con el apoyo de entidades financieras de Brasil para el proyecto.
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