Cuando las personas sufren lesiones de la médula espinal y pierden movilidad en sus extremidades, es un problema de procesamiento de la señal neural. El cerebro aún puede enviar impulsos eléctricos claros y las extremidades aún pueden recibirlos, pero la señal se pierde en la médula espinal dañada.
El Centro de Ingeniería Neural Sensorimotor CSNE - una colaboración de la Universidad Estatal de San Diego con la Universidad de Washington y el Instituto de Tecnología de Massachusetts - está trabajando en un chip cerebral implantable que puede registrar señales eléctricas neurales y transmitirlas areceptores en la extremidad, evitando el daño y restaurando el movimiento. Recientemente, estos investigadores describieron en un estudio publicado en la revista Nature Informes científicos una mejora crítica de la tecnología que podría hacerla más duradera, durar más tiempo en el cuerpo y transmitir señales más claras y fuertes.
La tecnología, conocida como interfaz cerebro-computadora, registra y transmite señales a través de electrodos, que son pequeñas piezas de material que leen señales de sustancias químicas cerebrales conocidas como neurotransmisores. Al registrar las señales cerebrales en el momento, una persona intenta hacer algún movimiento, la interfaz aprende el patrón de señal eléctrica relevante y puede transmitir ese patrón a los nervios de la extremidad, o incluso a una prótesis, restaurando la movilidad y la función motora.
El material de vanguardia actual para electrodos en estos dispositivos es platino de película delgada. El problema es que estos electrodos pueden fracturarse y desmoronarse con el tiempo, dijo uno de los investigadores principales del estudio, Sam Kassegne, subdirectorpara el CSNE en SDSU y un profesor en el departamento de ingeniería mecánica.
Kassegne y sus colegas desarrollaron electrodos hechos de carbono vítreo, una forma de carbono. Este material es aproximadamente 10 veces más suave que el platino granular de película delgada, lo que significa que se corroe con menos facilidad bajo estimulación eléctrica y dura mucho más que el platino u otros electrodos metálicos.
"El carbono vítreo es mucho más prometedor para leer señales directamente desde neurotransmisores", dijo Kassegne. "Se obtiene aproximadamente el doble de señal a ruido. Es una señal mucho más clara y más fácil de interpretar".
Los electrodos de carbono vidriosos se fabrican aquí en el campus. El proceso consiste en diseñar un polímero líquido en la forma correcta, luego calentarlo a 1000 grados Celsius, haciendo que se vuelva vidrioso y eléctricamente conductor. Una vez que los electrodos se cocinan y se enfrían, estánincorporado en chips que leen y transmiten señales del cerebro y los nervios.
Los investigadores en el laboratorio de Kassegne están utilizando estas nuevas y mejoradas interfaces cerebro-computadora para registrar señales neuronales tanto a lo largo de la superficie cortical del cerebro como desde el interior del cerebro al mismo tiempo ". Si graba desde lo más profundo del cerebro, puede grabar desdeneuronas individuales ", explicó Elisa Castagnola, una de las investigadoras." En la superficie, puede grabar desde grupos. Esta combinación le brinda una mejor comprensión de la naturaleza compleja de la señalización cerebral ".
Una estudiante de doctorado en el laboratorio de Kassegne, Mieko Hirabayashi, está explorando una aplicación ligeramente diferente de esta tecnología. Está trabajando con ratas para descubrir si la estimulación eléctrica calibrada con precisión puede causar un nuevo crecimiento neuronal dentro de la médula espinal. La esperanza es que estola estimulación podría alentar a las nuevas células neurales a crecer y reemplazar el tejido dañado de la médula espinal en los humanos. Los nuevos electrodos vidriosos de carbono le permitirán estimular, leer las señales eléctricas y detectar la presencia de neurotransmisores en la médula espinal mejor que nunca.
La colaboración SDSU-UW-MIT fue financiada inicialmente en 2011 por una subvención de $ 18.5 millones de la National Science Foundation. En 2015, esta subvención se renovó, proporcionando de $ 15 millones a $ 20 millones adicionales a los investigadores. Cada una de las universidades enla colaboración se enfoca en áreas particulares de especialización, pero trabajan estrechamente en el objetivo compartido de restaurar la función motora en última instancia a las personas con lesiones del sistema nervioso al promover lo que es posible con las interfaces cerebro-computadora.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de San Diego . Original escrito por Michael Price. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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