Monos con lesión medular vuelven a caminar con un chip inalámbrico que conecta cerebro y extremidades

09/11/2016

Pulsando un botón podemos encender una lámpara, conectar internet, abrir la puerta del garaje, pagar una compra a través del móvil y un sinfín de actividades cotidianas. Activando un interruptor, unos científicos han logrado que unos primates con la pierna paralizada vuelvan a caminar y abren la puerta a la posibilidad de que en el futuro, con un simple clic, un parapléjico, e incluso un tetrapléjico, pueda volver a caminar. Lo más revolucionario es que el sistema implementado no trata de curar la lesión en sí, sino saltarla y obtener movimiento sin utilizar esoexqueletos ni ningún otro elemento externo.El trabajo, publicado por Nature, consiguió que el 23 de junio de 2015 un macaco Rhesus recuperara el movimiento intencional de caminar en una pierna temporalmente paralizada mediante el uso de un interfaz cerebro-médula espinal que puentea la lesión en la médula espinal, es decir, la salta.En otras palabras, unos electrodos del tamaño de una píldora se implantaron en el cerebro de dos monos. El chip cerebral recopiló las señales de la corteza motora y un neurosensor inalámbrico las envió a un estimulador espinal implantado en las vértebras lumbares, por debajo de la zona de la lesión.
«Es la primera vez que la neurotecnología restaura la locomoción en primates», asegura el neurocientífico Grégoire Courtine, de la Escuela Politécnica Federal de Lausanna (EPFL), en Suiza, y director del estudio. «Pero hay muchos retos por delante y puede llevar años que todos los componentes que intervienen se puedan probar en humanos». En el estudio han participado también la Universidad Brown (EEUU), la organización alemana de investigación Fraunhofer ICT-IMM, la Universidad de Burdeos, el Hospital Universitario de Lausanne y empresas como Medtronic y Motac Neuroscience.El proceso por el que caminamos es posible gracias a una compleja interacción entre las neuronas del cerebro y la médula espinal. La información se procesa en el cerebro mediante la transmisión de impulsos eléctricos de una neurona a la siguiente. Esos impulsos le provocan al cerebro señales que pueden ser medidas e interpretadas. A su vez la región lumbar también contiene redes complejas de neuronas que activan los músculos de las piernas para andar.En un sistema nervioso sin lesiones las señales provienen de una pequeña región, la corteza motora. De ahí viajan por la médula espinal, alcanzan la zona lumbar y activan las neuronas motoras que coordinan el movimiento de los músculos responsables de extender y flexionar las piernas. Cuando se produce una lesión -sea parcial o completa- de la médula espinal, se corta esa comunicación entre el cerebro y la médula espinal inferior. La corteza motora puede seguir produciendo actividad impulsora para caminar y las neuronas que activan los músculos en las piernas pueden generar movimientos en las extremidades, pero no pueden coordinar su actividad. Ése es el objetivo de este estudio, restablecer parte de esa comunicación.Para calibrar la descodificación de las señales cerebrales, los investigadores implantaron el interfaz en macacos sanos. Las señales transmitidas por el sensor se mapearon a los movimientos de las piernas de los animales y vieron con una serie de algoritmos matemáticos que el descodificador podía predecir con precisión los estados del cerebro asociados a la flexión y extensión de los músculos de las piernas. La capacidad para emitir señales inalámbricas ha sido fundamental en este trabajo ya que los sistemas sensores con cables limitan la libertad de movimiento, lo que a su vez limita la información que los científicos pueden reunir sobre la locomoción en un comportamiento natural.
Se desarrollaron también mapas espinales en los que se identificaron hotspots (puntos de conexión) neuronales en la médula espinal responsables del control locomotor. Eso permitió a los científicos identificar los circuitos neuronales que debían ser estimulados por el implante en la columna vertebral. Con todo ello, probaron el sistema en los dos macacos una semana después de la lesión, cuando todavía no había control volitivo (por voluntad propia) sobre la pierna afectada. Con ese tipo de lesión se recupera el control funcional de la pierna en un mes aproximadamente. Con este sistema, nada más conectarlo, los animales empezaron a mover su pierna espontáneamente sobre la cinta de correr, con patrones locomotores casi normales. Uno de los animales recuperó la movilidad en una semana y el otro, en dos.Para Eduardo Rocon, investigador del grupo de bioingeniería del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas), «es espectacular porque desde el día 1 hay resultados. Es un trabajo impresionante. Hablé con Courtain hace un tiempo y estaba trabajando en esto. Es un paso importantísimo, llevará años ponerlo en marcha en humanos, pero podría hacer que en un futuro no tan lejano, quizá en 10 años, podamos pensar en implantar un chip en un parapléjico y que éste pueda caminar de nuevo».Rocon explica que la primera referencia del trabajo es la del profesor Lee Miller [Departamento de Fisiología de la Escuela de Medicina Feinberg en la Universidad de Northwestern] con los brazos robóticos, pero en este caso se ha ido más allá y se ha aplicado en la parte inferior. Y al preguntarle por el trabajo de Miguel Nicolelis con ocho parapléjicos, Rocon señala a EL MUNDO que en ese caso «se controla un exoesqueleto con el cerebro y se consigue mejorar también la conexión espinal, curar un poco esa lesión. Courtine no plantea curar esa conexión, sino ‘saltarla’ y conectar el cerebro con la parte inferior de la médula espinal. El hecho de saltarla podría generar también nuevas conexiones».LimitacionesAunque el paso dado es muy importante, este trabajo cuenta también con algunas limitaciones. Así, el sistema transmite señales del cerebro a la médula de forma exitosa, pero no tiene la capacidad de devolver información sensorial al cerebro. «Cuando caminamos tenemos información que llega al cerebro de cómo es el suelo que se pisa, dónde tenemos las manos o los pies, etc. Lo que se denomina propiocepción. Podemos cerrar los ojos y seguir caminando sin problema, pero cuando tienes una lesión no tienes la propiocepción de que estás caminando. Si no se devuelve esa información de las neuronas motoras al cerebro no se puede caminar bien del todo», argumenta Eduardo Rocon, que añade que hay varios grupos trabajando ya en ese proceso inverso.Tampoco se pudo comprobar la presión que los animales le aplicaron a la pierna afectada. La pierna soportaba peso, pero no quedó claro cuánto. Además, no hay información sobre el impacto a largo plazo de un implante colocado directamente en el cerebro.