Investigadores de la Universidad Northwestern han marcado un hito en la comunicación directa con el cerebro gracias al desarrollo de un implante cerebral inalámbrico, suave y flexible, que utiliza luz para enviar información directamente a la corteza cerebral.
El dispositivo, del tamaño de una estampilla postal y más delgado que una tarjeta de crédito, representa un avance significativo para la neurobiología y la bioelectrónica, al permitir la transmisión de señales artificiales a neuronas específicas, eludiendo las vías sensoriales naturales del cuerpo.
El implante actúa mediante una matriz de hasta 64 micro-LEDs programables, cada uno con un tamaño comparable a un cabello humano. Está diseñado para colocarse debajo del cuero cabelludo y sobre la superficie del cráneo, permitiendo que la luz penetre el hueso y llegue hasta las neuronas corticales.
Estos micro-LEDs pueden controlarse de manera independiente en tiempo real, lo cual posibilita la creación de patrones complejos de estimulación neuronal, imitando la actividad cerebral asociada a experiencias sensoriales naturales.
Los parámetros de control —frecuencia, intensidad y secuencia temporal de la luz— permiten generar un número prácticamente infinito de combinaciones, dotando a los investigadores de un control minucioso sobre la información que reciben las neuronas. “Esta plataforma nos permite crear señales completamente nuevas y observar cómo el cerebro aprende a usarlas”, explica la profesora Yevgenia Kozorovitskiy, neurobióloga de Northwestern que lidera el estudio experimental.
El funcionamiento del implante se basa en la optogenética, una técnica que utiliza la respuesta de neuronas modificadas genéticamente a la luz. Este método facilita la activación precisa y dirigida de grupos neuronales, diferenciándose de tecnologías previas que dependían de cables engorrosos o sondas rígidas que limitaban el comportamiento y movimiento de los sujetos experimentales.
Experimentos en modelos animales
Para validar la eficacia del dispositivo, el equipo utilizó ratones con neuronas alteradas para reaccionar a la luz. Durante los experimentos, los animales fueron entrenados para asociar determinados patrones luminosos con recompensas concretas, como acudir a una ubicación específica en una cámara de pruebas.
En ausencia de señales táctiles, visuales o auditivas, los ratones lograron interpretar correctamente la información transmitida a través de la luz, seleccionando con éxito el puerto adecuado para obtener su recompensa. “Al seleccionar constantemente el puerto correcto, el animal demostró que recibió el mensaje”, expone Mingzheng Wu, primer autor del estudio. Estos resultados demuestran que el cerebro es capaz de reconocer y emplear señales artificiales como información válida para la toma de decisiones conductuales.
A diferencia de los sistemas pasados, que requerían conectar fibras ópticas al cerebro y condicionaban severamente la movilidad animal, el nuevo implante inalámbrico permite a los sujetos mantener comportamientos naturales. Así se facilita el estudio de la integración de señales artificiales en entornos sociales y naturales, lo que constituye un paso relevante hacia el desarrollo de tecnologías que puedan aplicarse en humanos.
Innovaciones tecnológicas y comparativa con dispositivos previos
El implante incorpora innovaciones tecnológicas clave respecto a versiones anteriores. El diseño blando y adaptable, junto con la miniaturización de los micro-LEDs y la ausencia de cables externos, minimiza la invasión y los riesgos asociados con implantes rígidos.
Mientras que experimentos anteriores usaban una sola sonda de micro-LED, la nueva versión emplea una matriz programable, multiplicando las posibilidades de codificación de patrones y simulando de manera más realista la actividad distribuida de los circuitos neuronales corticales.
Además, el avance se percibe en el control inalámbrico y la posibilidad de manejar el sistema completamente por debajo de la piel. “Al integrar una matriz suave y adaptable de microLED, cada uno tan pequeño como un cabello humano, con un módulo de control inalámbrico, creamos un sistema que se puede programar en tiempo real mientras permanece completamente debajo de la piel”, destaca John A. Rogers, pionero en bioelectrónica y encargado del desarrollo tecnológico.
“Representa un avance significativo en la creación de dispositivos que pueden interactuar con el cerebro sin necesidad de cables engorrosos ni hardware externo voluminoso”, agregó.
Aplicaciones terapéuticas y potencial futuro
El potencial terapéutico de esta tecnología es vasto. Entre las aplicaciones más prometedoras se encuentran la retroalimentación sensorial para miembros protésicos y la restauración de sentidos como la vista y el oído mediante la entrega de estímulos artificiales directamente al cerebro.
Además, el implante podría servir para modular la percepción del dolor sin depender de opioides ni otros medicamentos sistémicos, mejorar los procesos de rehabilitación tras lesiones graves o accidentes cerebrovasculares, e incluso controlar extremidades robóticas mediante la interpretación de señales cerebrales.
“Nos acerca un poco más a la recuperación de los sentidos perdidos tras lesiones o enfermedades, a la vez que nos ofrece una perspectiva de los principios básicos que nos permiten percibir el mundo”, sostiene Kozorovitskiy.
Desafíos técnicos y pasos próximos
A pesar de su potencial, la tecnología enfrenta limitaciones cruciales para su traslado a la práctica clínica humana. Por ahora, las pruebas solo se han realizado en ratones modificados para responder a la luz, por lo que es necesario validar su seguridad, eficacia y precisión en cerebros humanos, cuya arquitectura neuronal es mucho más compleja.
“La cantidad de patrones que podemos generar con diversas combinaciones de LED, frecuencia, intensidad y secuencia temporal es casi infinita”, señala Wu.
Los investigadores buscan aumentar la cantidad de micro-LEDs, reducir las distancias entre ellos y experimentar con distintas longitudes de onda que permitan alcanzar regiones cerebrales más profundas, además de explorar “cuántos patrones distintos puede aprender el cerebro”.
Por otra parte, el acceso directo del dispositivo al proceso mediante el cual el cerebro transforma actividad eléctrica en experiencias plantea interrogantes éticos y sociales en torno a la privacidad, el control y la autonomía.
La posibilidad de transmitir y manipular información neuronal abre debates sobre los límites y riesgos de la neurotecnología, así como el impacto potencial de estímulos artificiales prolongados. “Esta tecnología nos permite acceder directamente a ese proceso”, observa Kozorovitskiy refiriéndose a cómo el cerebro crea experiencia a partir de señales eléctricas manipuladas externamente.
Integración entre neurociencia y bioelectrónica
El desarrollo del implante representa un avance simbólico y técnico en la convergencia de la neurociencia y la bioelectrónica. Rogers enfatiza: “Es valioso tanto a corto plazo para la investigación básica en neurociencia como a largo plazo para abordar los desafíos de salud en humanos”.
La capacidad de programar y transmitir patrones sensoriales al cerebro, sin restricciones físicas y con un grado de control sin precedentes, redefine tanto la investigación de los procesos perceptivos como el diseño de futuras soluciones médicas basadas en interfaces cerebro-máquina.
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