Un equipo de ingenieros, cirujanos e investigadores médicos han demostrado que una nueva serie de sensores cerebrales puede registrar señales eléctricas directamente de la superficie del cerebro humano con un nivel de detalle sin precedentes que podrían mejorar la capacidad de los cirujanos para extirpar tumores cerebrales y tratar la epilepsia, y podrían abrir nuevas posibilidades para las interfaces cerebro-ordenador a medio y largo plazo.
Los nuevos sensores cerebrales, diseñados por expertos de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego, el Hospital General de Massachusetts y la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón, están formados por redes de 1.024 o 2.048 sensores de electrocorticografía (ECoG), según publican en la revista 'Science Translational Medicine'.
Estas rejillas finas y flexibles de sensores de ECoG, si se aprueban para su uso clínico, ofrecerían a los cirujanos información sobre las señales cerebrales directamente desde la superficie de la corteza cerebral con una resolución 100 veces superior a la actual.
El acceso a esta perspectiva tan detallada sobre qué zonas específicas del tejido de la superficie del cerebro, o corteza cerebral, están activas, y cuándo, podría proporcionar una mejor orientación para planificar las cirugías de extirpación de tumores cerebrales y el tratamiento quirúrgico de la epilepsia resistente a los medicamentos.
A largo plazo, el equipo está trabajando en versiones inalámbricas de estas rejillas de ECoG de alta resolución que podrían utilizarse para monitorizar el cerebro durante 30 días en personas con epilepsia intratable.
La tecnología también tiene potencial para la implantación permanente con el fin de mejorar la calidad de vida de las personas que viven con parálisis u otras enfermedades neurodegenerativas que pueden ser tratadas con estimulación eléctrica, como en la enfermedad de Parkinson, el temblor esencial y el trastorno neurológico del movimiento llamado distonía.
El registro de la actividad cerebral a partir de rejillas de sensores colocados directamente en la superficie del cerebro -electrocorticografía (ECoG)- ya se utiliza habitualmente como herramienta por los cirujanos que realizan procedimientos para extirpar tumores cerebrales y tratar la epilepsia en personas que no responden a los fármacos u otros tratamientos.
El nuevo trabajo ofrece ahora una amplia gama de datos revisados por expertos que demuestran que se pueden utilizar rejillas con 1.024 o 2.048 sensores para registrar y procesar de forma fiable las señales eléctricas directamente desde la superficie del cerebro tanto en humanos como en ratas. A modo de comparación, las rejillas de ECoG que más se utilizan hoy en día en las cirugías suelen tener entre 16 y 64 sensores, aunque se pueden fabricar rejillas de grado de investigación con 256 sensores.
La posibilidad de registrar las señales cerebrales con una resolución tan alta podría mejorar la capacidad de los cirujanos para extirpar la mayor parte posible de un tumor cerebral minimizando el daño al tejido cerebral sano.
En el caso de la epilepsia, la capacidad de registro de señales cerebrales con mayor resolución podría mejorar la capacidad del cirujano para identificar con precisión las regiones del cerebro en las que se originan los ataques epilépticos, de modo que estas regiones puedan ser extirpadas sin tocar las regiones cerebrales cercanas no implicadas en el inicio de los ataques. De este modo, estas cuadrículas de alta resolución pueden mejorar la preservación del tejido cerebral normal y funcional.
Además, demostrar que las rejillas de ECoG con miles de sensores funcionan bien también abre nuevas oportunidades en la neurociencia para descubrir una comprensión más profunda del funcionamiento del cerebro humano. Los avances de la ciencia básica, a su vez, podrían conducir a mejores tratamientos basados en una mayor comprensión de la función cerebral.
Con el objetivo de conseguir que las rejillas de ECoG de mayor resolución se aprueben para su uso clínico, los autores del trabajo han cofundado una startup llamada Precision Neurotek Inc.
Uno de los retos de la extirpación de tumores cerebrales es que la presencia del tumor desencadena cambios en el cerebro, incluyendo la modificación de las áreas del cerebro que participan en qué funciones. Estos cambios hacen que sea fundamental que el equipo quirúrgico elabore un mapa personalizado del cerebro del paciente - "mapas funcionales"- para poder decidir dónde cortar y dónde no mientras se extirpa la mayor parte posible del tumor.
Los autores del estudio demostraron que estos mapas funcionales pueden ser extremadamente precisos utilizando sus sensores de ECoG de nanovarillas de platino. En concreto, el equipo desarrolló mapas funcionales en cuatro personas diferentes de un límite en el cerebro llamado surco central.
Algunos de los datos recientemente publicados por el equipo, procedentes de estudios en ratas, también demuestran la utilidad de las rejillas para abrir nuevas vías en la investigación neurocientífica fundamental. El nuevo trabajo, por ejemplo, incluye lo que los investigadores creen que es la primera cartografía de una columna cortical en una rata a partir de grabaciones de la superficie del cerebro.
En el pasado, la cartografía de las columnas corticales sólo se realizaba mediante la colocación de una aguja individual en la superficie del cerebro y la estimulación eléctrica secuencial y el movimiento de la aguja por la superficie cerebral. En términos más generales, el hecho de que las rejillas de nanovarillas de platino proporcionen datos de alta resolución tanto en el tiempo como en el espacio abre muchas posibilidades para descubrir nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del cerebro.
Otra observación que permiten las nuevas rejillas es la de descubrir al mismo tiempo las ondas cerebrales cortas y locales, así como las largas y de amplio alcance, asociadas a la función cerebral.
El equipo está trabajando en una serie de iniciativas en paralelo para hacer avanzar estas rejillas de manera que puedan ser revisadas para su aprobación para su uso a corto, medio y largo plazo.
