La estimulación magnética puede proporcionar una activación más precisa y fiable de los circuitos neuronales

El uso de campos magnéticos en lugar de eléctricos para estimular las neuronas presenta varias ventajas, incluyendo la capacidad de penetrar en el tejido cicatricial

E.P. | 20 - Diciembre - 2016 15:00 h.

Investigadores del Hospital General de Massachusetts (MGH, por sus siglas en inglés), en Boston, Estados Unidos, han desarrollado lo que parece ser una mejora significativa en la tecnología detrás de los implantes cerebrales utilizados para activar los circuitos neuronales responsables de la visión, el oído o el movimiento. Los científicos, que también están afiliados con el Sistema de Salud VA de Boston, describen en la edición de este viernes de 'Science Advances' el desarrollo de diminutas bobinas magnéticas capaces de activar selectivamente las neuronas diana.

"Actualmente, se utilizan sistemas de estimulación neuronal basados en electrodos para restaurar los sentidos como la visión y la audición con el fin de tratar trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson y para las interfaces cerebro-ordenador que pueden dar a los pacientes paralizados la capacidad de comunicarse o mover objetos", explica el autor principal Seung Woo Lee, del Departamento de Neurocirugía del MGH.

"Pero los dispositivos de estimulación neural basados en electrodos, especialmente los que se dirigen a la corteza, tienen varias limitaciones significativas: el ambiente dentro del cerebro puede erosionar un electrodo metálico a lo largo del tiempo y la respuesta natural del cerebro ante un cuerpo extraño puede provocar cicatrices que puedan impedir el pase de campos eléctricos", detalla.

El uso de campos magnéticos en lugar de eléctricos para estimular las neuronas presenta varias ventajas, incluyendo la capacidad de penetrar en el tejido cicatricial. Dado que la señal magnética puede pasar a través de material aislante biocompatible, se elimina el contacto directo entre el tejido neural y la bobina metálica, reduciendo aún más la posibilidad de dañar la bobina.

Pero se creía que bobinas magnéticas lo suficientemente fuertes como para activar las neuronas serían demasiado grandes para implantarlas dentro de la corteza del cerebro. El dispositivo desarrollado por Lee y la autora principal Shelley Fried, experta en Neurocirugía de MGH --en colaboración con científicos del Centro de Investigación de Palo Alto, en California, Estados Unidos-- aprovecha el hecho de que el paso de la corriente eléctrica a través de un alambre doblado induce un campo magnético.

Micro-bobinas que activan neuronas de manera selectiva

La nueva bobina que diseñaron, aunque es similar en tamaño a los electrodos utilizados para la estimulación cerebral, fue capaz de generar campos magnéticos en exceso con los umbrales necesarios para activar las neuronas. La prueba de estas micro-bobinas en muestras de tejidos cerebrales de ratones reveló no sólo que eran capaces de activar neuronas, sino también que lo hacían de manera más selectiva de lo que sería posible con electrodos metálicos.

Los campos eléctricos encienden más activamente las neuronas cuando están dispuestos a lo largo de las células nerviosas, pero la mayoría de los electrodos implantables generan campos que se extienden uniformemente en todas las direcciones. Por el contrario, los campos magnéticos se distribuyen en direcciones específicas, permitiendo dirigir de manera selectiva las neuronas con la misma orientación mientras que simultáneamente se evita la activación de otras neuronas.

El equipo de MGH procedió a demostrar que estas micro-bobinas podían implantarse con seguridad en el cerebro de ratones anestesiados. La estimulación de las bobinas insertadas en la parte de la corteza motora que controla los bigotes de los animales dio como resultado un movimiento del bigote, dependiendo de la dirección de la frecuencia de la señal.

Las bobinas de estimulación colocadas en la corteza sensorial del bigote provocaron la retracción del bigote. Estos experimentos demostraron que se pueden emplear estas bobinas implantadas para impulsar las respuestas asociadas con las neuronas diana.

"Nuestros próximos pasos serán continuar mejorando el diseño de la bobina para reducir la potencia y aumentar la selectividad con el fin de confirmar que la mejor eficacia de estas bobinas persistirá con el tiempo y para determinar si la estimulación de la corteza visual produce una señal visual", dice Fried, profesor asociado de Neurocirugía en la Escuela de Medicina de Harvard.

"Un rendimiento a largo plazo más estable de estas micro-bobinas y las señales de alta resolución producidas mediante una selectividad cada vez mayor en la activación neuronal mejorarían significativamente las prótesis neurales actualmente disponibles y abrirían muchas nuevas aplicaciones", concluye.