La nanotecnología alumbra una nueva generación de implantes cerebrales

Prótesis corticales sutiles y sensibles permitirían investigar y estimular el cerebro

Científicos de Barcelona trabajan en un sensor de grafeno para monitorizar el habla

La nanotecnología alumbra una nueva generación de implantes cerebrales

RAMON CURTO

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Michele Catanzaro
Michele Catanzaro

Periodista

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Los cíborgs ya existen. Los humanos aplican prótesis de diversa naturaleza a su sistema nervioso: electrodos en el cerebro contra el párkinson; estimuladores eléctricos en la espina dorsal contra el dolor crónico o en el nervio vago contra la epilepsia; implantes cocleares; retinas artificiales… Sin embargo, estas prótesis son elefantes en la cacharrería del sistema nervioso: enormes en comparación con las diminutas células nerviosas e incapaces de capturar los enrevesados patrones de actividad del cerebro.

Ahora, una nueva generación de materiales ultrasutiles promete un salto adelante en los implantes cerebrales. En primer lugar, el grafeno (el material sobre el cual Europa ha apostado mil millones de euros en financiación a la investigación), pero también el clásico silicio y otros materiales que hoy se pueden reducir a capas casi bidimensionales, del grueso de uno o dos átomos.

El dispositivo de usará en operaciones a cráneo abierto

Los investigadores de BrainCom esperan aplicar su implante dentro de cinco años a pacientes operados a cráneo abierto en un hospital de Grenoble. Durante las cirugías a pacientes de glioblastoma o epilepsia, los operados se quedan despiertos para comprobar su estado de consciencia. En cada operación se reserva media hora para la investigación: este tiempo se usará para monitorear con el sensor el cerebro del paciente mientras habla. Sucesivamente, los científicos esperan aplicar lo aprendido a pacientes con problemas del habla: el implante enviaría las señales del cerebro a un sintetizador de voz, una técnica mucho más fluida que la basada en la monitorización de la mirada, empleada por ejemplo en el sintetizador de voz de Stephen Hawking. “Los dispositivos del futuro tendrán más de una función -explica José Antonio Garrido-: monitorear y estimular, pero también medir la actividad química o liberar fármacos”.

Recientemente se celebró en Barcelona la reunión de lanzamiento de BrainCom, un proyecto -financiado por la Unión Europea con 8,5 millones de euros durante cinco años- con el objetivo de monitorear la actividad cerebral asociada al habla con un sensor flexible basado en grafeno, con una resolución sin precedentes.

DE ANIMALES A HUMANOS

“El desarrollo en la fabricación y en los materiales es muy prometedor: la idea de usar grafeno es excitante”, comenta John Donoghue, de la Universidad de Brown (EEUU), gurú de lo cíborg desde cuando consiguió que un paciente paralizado moviera un brazo robótico gracias a un implante cerebral y asesor de un colaborador de BrainCom. “Desde los 80 se baraja la idea de hacer implantes más planos, aunque hasta ahora se han aplicado solo a animales, no a humanos”, explica. 

“En la clínica se usan tecnologías muy antiguas, basadas en electrodos metálicos de un milímetro de diámetro separados por varios milímetros entre sí”, explica Jose Antonio Garrido, profesor de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) en el Institut Català de Nanociència y Nanotecnologia (ICN2), socio del proyecto. Esto permite un número muy bajo de canales, con un récord de 250”, explica, en referencia a las áreas del cerebro que puede monitorear un sensor. Los investigadores de BrainCom pretenden hacinar en su sensor hasta 10.000 canales. De conseguirlo, tendrían una imagen mucho más detallada del área del cerebro vinculada al habla.

“El grafeno y otros materiales bidimensionales [que también pensamos utilizar] se acomodan muy bien en el cerebro por su flexibilidad y pueden detectar campos eléctricos muy pequeños”, explica Garrido. De hecho, los implantes de nueva generación no serían sencillos electrodos, sino verdaderos circuitos electrónicos. El grupo de Garrido ya ha demostrado la viabilidad del concepto en experimentos con ratones. A continuación lo aplicarán a cerdos, antes de pasar a experimentos en humanos.

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Adquirir y procesar la información del sensor requerirá de una electrónica muy refinada, en la cual trabaja el otro 'partner' español del proyecto, el Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CSIC). “No podemos sacar 10.000 cables del sensor”, bromea Garrido. Por esto, la estrategia es el multiplexado: captar secuencialmente la información de los canales, uno tras otro, a gran velocidad.

John Rogers, investigador de la Universidad de Illinois no implicado en BrainCom, que se ha hecho famoso por fabricar implantes biodegradables, prefiere el silicio al grafeno. “Este es más sutil y flexible, pero se encuentra aún en fase de investigación. El silicio es la base de una industria de millones de millones de dólares”, observa. Su esfuerzo se centra en dispositivos parecidos, pero a base de finas capas de silicio. Sin embargo, Rogers alaba el proyecto: “Sus objetivos parecen realmente excitantes”, concluye.