Logran que un paciente mueva un brazo robótico con el pensamiento

Paralizado del cuello hacia abajo después de sufrir una herida de bala cuando tenía 21 años, Erik G. Sorto, ahora con 34 años, puede mover un brazo robótico con sólo pensar en ello y usando su imaginación. Gracias a una colaboración clínica entre distintas instituciones de California, en Estados Unidos, se convierte en la primera persona con una prótesis neural implantada en una región del cerebro donde se forman las intenciones, dándole la capacidad de realizar un gesto fluido de estrechar la mano, beber una bebida o, incluso, jugar a 'piedra, papel o tijera' con un brazo robótico.

Las prótesis neurales implantadas en el centro cerebral del movimiento, la corteza motora, pueden permitir a los pacientes con parálisis controlar el movimiento de una extremidad robótica, pero las neuroprótesis actuales producen un movimiento retardado y desigual, no los gestos suaves y aparentemente automáticos asociados con el movimiento natural. Ahora, mediante la implantación de neuroprótesis en una parte del cerebro que no controla directamente el movimiento sino la intención de moverse, expertos de Caltech han desarrollado una manera de producir movimientos más naturales y fluidas.

Diseñado para probar la seguridad y eficacia de este nuevo enfoque, el ensayo clínico fue liderado por el investigador Richard Andersen, profesor de Neurociencia en el Instituto de Tecnología de California (Caltech); el neurocirujano Carlos Y. Liu, profesor de Cirugía Neurológica, Neurología e Ingeniería Biomédica en la Universidad del Sur de California (USC), y el neurólogo Mindy Aisen, director médico del Centro Nacional de Rehabilitación Rancho Los Amigos, en Downey, California.

Andersen y sus colegas querían mejorar la versatilidad de movimiento que un neuro-prostético puede ofrecer a los pacientes mediante el registro de señales desde una región del cerebro distinta de la corteza motora, es decir, la corteza parietal posterior (PPC, por sus siglas en inglés), una zona cognitiva de alto nivel. En estudios anteriores con animales, el laboratorio de Andersen encontró que es aquí, en la PPC, donde se forma la intención inicial de hacer un movimiento. Estas intenciones se transmiten luego a la corteza motora, a través de la médula espinal y a los brazos y las piernas, donde se ejecuta el movimiento.

"La PPC es anterior en la vía, por lo que las señales están más relacionadas con la planificación de movimiento, lo que realmente se quiere hacer, en lugar de los detalles de la ejecución de movimiento --explica Andersen--. Cuando se mueve el brazo, realmente no se piensa en qué músculos activar y los detalles del movimiento, como elevación del brazo, extensión el brazo, coger el vaso, cerrar la mano alrededor del vaso y así sucesivamente. En su lugar, se piensa en el objetivo del movimiento, por ejemplo, 'quiero recoger ese vaso de agua".

"Así que en este ensayo, logramos con éxito decodificar estos intentos reales, pidiendo al sujeto simplemente que imaginara el movimiento en su conjunto, en lugar de descomponerlo en una gran variedad de componentes. Esperábamos que las señales de la PPC serían más fáciles de usar para los pacientes, en última instancia, haciendo el proceso de movimiento más fluido", relata.

El dispositivo se implantó quirúrgicamente en el cerebro de Sorto en el Hospital Keck de USC en abril de 2013 y desde entonces se ha estado entrenando con investigadores de Caltech y el personal en el Rancho Los Amigos para controlar un cursor de ordenador y un brazo robótico con su mente. Los investigadores vieron justo lo que esperaban: el movimiento intuitivo del brazo robótico.

ELECTRODOS EN DOS ZONAS DE UNA PARTE DEL CEREBRO

Sorto, padre soltero de dos hijos que ha estado paralizado durante más de diez años, estaba encantado con los rápidos resultados: "Me sorprendió lo fácil que era [controlar el brazo robótico] -dice--. Recuerdo tener esta experiencia fuera del cuerpo y quería simplemente correr y chocar los cinco con todos".

El equipo quirúrgico en Medicina Keck de USC realizó el implante neuro-protésico sin precedentes en una cirugía de cinco horas el 17 de abril de 2013. Liu y su equipo implantaron un par de pequeños conjuntos de electrodos en dos partes de la corteza parietal posterior, una que controla el alcance y otra que controla el agarre.

Cada matriz de 4 por 4 milímetros contiene 96 electrodos activos que, a su vez, cada uno registra la actividad de neuronas individuales en la PPC. Las matrices están conectados por un cable a un sistema de ordenadores que procesa las señales para decodificar la intención del cerebro y controlar los dispositivos de salida, como un cursor de ordenador y un brazo robótico.

"Estas matrices son muy pequeñas por lo que su ubicación tiene que ser excepcionalmente precisa y fue necesaria mucha planificación, trabajando con el equipo de Caltech para asegurarnos de que lo hacíamos bien", relata Liu, quien también es director del Centro de Neurorrestauración en USC y director médico asociado del Rancho Los Amigos.

"Como era la primera vez que alguien había hecho un implante esta parte del cerebro humano, todo lo relacionado con la cirugía era diferente: la ubicación, el posicionamiento y la forma en que administra el hardware. Tuvimos en cuenta que lo que somos capaces de hacer --la capacidad de grabar señales del cerebro y decodificar en movimientos, finalmente, del brazo robótico-- es críticamente dependiente de la funcionalidad de estas matrices, lo que es determinante en gran medida en el momento de la cirugía", añade.

Dieciséis días después de la operación, Sorto comenzó sus sesiones de entrenamiento en el Rancho Los Amigos, donde se conectó un equipo  directamente a los puertos que se extienden desde el cráneo para comunicarse con el cerebro. El equipo de terapeutas ocupacionales que se especializan en ayudar a los pacientes a adaptarse a la pérdida de función en sus extremidades superiores y "rediseñar" la forma en que los pacientes hacen tareas con la función que les queda, trabajó con Sorto y el equipo de Caltech diariamente para ayudar a Sorto a visualizar lo que sería como mover el brazo de nuevo.

"Fue una gran sorpresa que el paciente fue capaz de controlar la extremidad en un día, el primer día que lo intentó --celebra Andersen--. Esto da fe de lo cómo de intuitivo es el control es cuando se utiliza la actividad de PPC". A pesar de que fue capaz de mover de inmediato el brazo del robot con sus pensamientos, después de semanas imaginándolo, Sorto refinó su control del brazo, de forma que ahora es capaz de ejecutar tareas avanzadas con su mente, como controlar un cursor de ordenador; beber una bebida; dar un apretón de manos y realizar diversas tareas con el brazo robótico.

Sorto seguirá trabajando en el proyecto durante un tercer año porque considera que el estudio le ha inspirado para continuar su educación y obtener un título de maestría en trabajo social. "Este estudio ha sido muy significativo para mí -cuenta--. Por mucho que el proyecto me necesitara, yo necesitaba el proyecto. Es para mí un gran placer ser parte de la solución para mejorar la vida de los pacientes paralizados. Bromeo con los chicos sobre que quiero ser capaz de beber mi propia cerveza, beber a mi propio ritmo y no tener que pedirle a nadie que me la dé. Realmente, echo de menos la independencia".