Restauran el movimiento en un tetrapléjico a partir de sus señales cerebrales

Un prototipo que emplea las señales de la corteza motora permite a un tetrapléjico realizar movimientos sofisticados con el antebrazo.

Sonia Moreno. Madrid | 13/04/2016 19:00

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El paciente Ian Burkhart. (Centro Wexner/Batelle)

En junio de 2014, Ian Burkhart se hacía famoso como la primera persona paralítica capaz de mover su mano con la mente. Ahora, el grupo de científicos que lo hizo posible da un paso más, ampliando los movimientos que puede hacer Burkhart: lo que comenzó con una mano que se abría y cerraba son ahora acciones más sofisticadas que también implican la muñeca y los dedos. El paciente puede coger una cuchara, levantar un auricular y llevárselo hasta la oreja y deslizar una tarjeta de crédito; todos ellos son movimientos muy básicos, pero que pueden marcar la vida cotidiana, destacan los autores y el propio paciente.

Los investigadores, del Centro Médico Wexner en la Universidad Estatal de Ohio, culminan así una prueba de concepto sobre la utilidad de este sistema de restauración del movimiento tras un daño medular aplicado directamente en el miembro paralizado; el sistema también se había probado con éxito en primates no humanos en trabajos anteriores.

El neurocirujano Ali Rezai, uno de los autores principales del estudio que se publica enNature, destaca que este trabajo supone un paso más dentro de este campo de trabajo con lesionados medulares y cerebrales. "Es la primera vez que mostramos que un paciente tetrapléjico puede alcanzar este nivel de función motora".

Rezai, junto con Chad Bouton y Nick Annetta, dirigieron a un equipo multidisciplinar de profesionales que implantaron una matriz de microelectrodos en la corteza motora de Ian Burkhart, un varón de 24 años de edad. Sufría una tetraplejia causada por lesión de la médula espinal a la altura cervical, que se produjo en un accidente por zambullida hace seis años. Los científicos utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para decodificar la actividad neuronal y controlar así los músculos del antebrazo a través de un dispositivo (una manga) de estimulación eléctrica neuromuscular.

El sistema se desarrolló durante una década de investigación en el centro tecnológico Battelle, de Ohio. Para obtener los algoritmos, el software y la manga, estos científicos registraron los impulsos neuronales de una matriz de electrodos implantados en el cerebro del paciente paralítico. A partir de esos datos, diseñaron el dispositivo.

Para este último estudio, tras la implantación de los microelectrodos, el participante tuvo que seguir tres sesiones semanales durante 15 meses en las que se ajustaba el manejo del sistema. Esto le ha permitido realizar movimientos de dedos aislados, así como seis movimientos diferentes de la muñeca y de la mano, necesarios para agarrar, manipular y soltar objetos.

Con todo, los científicos reconocen que aún son precisas más mejoras en la tecnología de microelectrodos, y en el sistema estimulador eléctrico y en los algoritmos antes de que esta técnica resulte aplicable de forma amplia a otras personas con parálisis.

Ubicación
Para José Ignacio Serrano, investigador del grupo de Ingeniería Neural y Cognitiva del CSIC, de especial relevancia en este estudio es "el método de localización del implante de la matriz de electrodos sobre la corteza, determinando la zona de solapamiento entre la actividad motora imaginada y la actividad somatosensorial recogida al estimular los músculos que se desean contraer".

Según explica a DM este científico, el trabajo se distingue de otros enfoques similares donde lo que se moviliza es el propio miembro afectado del paciente, y no una prótesis robótica. "Eso permite una decodificación más precisa de los movimientos a partir de la actividad cortical motora asociada. Sin embargo, limita la funcionalidad que se puede alcanzar, dado que se moviliza el miembro afectado mediante estimulación funcional eléctrica de superficie. Este tipo de estimulación no permite mucha precisión cuando se genera un movimiento complejo que implica sinergias temporales de diferentes grupos musculares, a pesar del elevado número de canales del estimulador utilizado en el estudio. Además, tanto la generación de movimientos funcionales mediante la estimulación eléctrica de superficie, como la decodificación de la actividad cortical motora se ve favorecida por los movimientos residuales que el paciente conserva, debido a su lesión medular parcial. En el caso de una lesión total, con una completa desconexión de las vías eferentes, la decodificación de la actividad cortical sería mucho más compleja debido a la reorganización cortical y (probablemente) nula excitabilidad cortical de las áreas motoras".

De hecho, según destaca Serrano, gracias a que la lesión de este paciente no había producido hipotonía en el miembro ni espasticidad, se han alcanzado buenos resultados; ambas condiciones clínicas, presentes en otros pacientes, dificultan e incluso impiden el uso exitoso de la estimulación eléctrica funcional de superficie.

Limitaciones y logros
Sobre las principales limitaciones de este trabajo, Serrano alude al restablecimiento de las vías aferentes. "En el estudio, el paciente falla considerablemente a la hora de mantener un movimiento. En concreto, presenta problemas cuando tiene que hacer una transferencia de una botella manteniéndola prensada por la mano. El mantenimiento de cierta actividad funcional y la realización de movimientos complejos se realizan a nivel central mediante un bucle de control retroalimentado entre los comandos motores y la realimentación sensorial propioceptiva. Al carecer el paciente de ella, no es capaz de ordenar comandos motores de corrección en tiempo real una vez iniciado el movimiento".

Otra de las limitaciones es que "el paradigma que se presenta en el estudio es síncrono, es decir, el paciente ordena mentalmente el movimiento siempre después de un estímulo visual de comienzo de la orden. En la vida diaria, los comandos motores se producen en tiempo real según las necesidades en cada momento, sin estar sujetos a un instante de tiempo concreto fijado de manera externa. Ese paradigma síncrono facilita la tarea de decodificación de la actividad motora de la corteza. Sin embargo, uno de los logros del trabajo es la baja tasa de falsos positivos que tienen en reposo. La actividad cerebral puede ser espontánea y reflejar patrones de movimiento incluso cuando el sujeto está en reposo y no tiene la intención. El enfoque propuesto en el trabajo evita en gran medida este inconveniente".

Parálisis cerebral, ictus, los otros candidatos

class="MsoNormal">El individuo que participa en el estudio, a pesar de tener trastornos motores que le impiden movimientos funcionales, tiene el cerebro intacto debido a que la lesión es medular, dice José Ignacio Serrano, del CSIC. "Muchos otros pacientes pueden beneficiarse de la tecnología de compensación artificial motora, como los pacientes de ictus, enfermedades neurodegenerativas o parálisis cerebral, entre otras. En estos casos, el sistema central sí está dañado y la decodificación de la actividad motora se antoja mucho más compleja que en un cerebro sano. En este sentido, nuestro grupo ha logrado crear una interfaz cerebro-computador no invasiva, basada en EEG, que ha permitido a un paciente infantil con parálisis cerebral iniciar la marcha sobre un robot cuando él lo deseaba".