Estimulación cerebral hace que hombre paralítico vuelva a sentir sus manos
Las verdaderas neuroprótesis, miembros artificiales que se sienten y se comportan como objetos reales, pueden aparecer en un futuro lejano. Pero los resultados de un nuevo estudio acercan la tecnología a la realidad. Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Pittsburgh estimuló eléctricamente el cerebro de un hombre paralítico, lo que le permitió volver a sentir el tacto en sus manos. Recrear adecuadamente esta sensación es uno de los mayores retos a los que se enfrenta el campo de las neuroprótesis.
«Para la mayoría de las tareas que involucran la manipulación de objetos, en realidad dependes del tacto para guiar el movimiento; no necesariamente usas la visión», dijo Jennifer Klinger, profesora asistente de medicina física y rehabilitación en la NYU. Pittsburgh y los coautores del estudio se publicaron hoy en Science Translational Medicine. «No tienes ninguna retroalimentación visual para saber qué tan fuerte lo estás apretando o qué necesitas hacer para mantener una postura estable. Todo se trata de la háptica».
Para el estudio, los cirujanos implantaron un conjunto de electrodos en el cerebro de un hombre de 28 años paralizado desde el cuello hacia abajo como resultado de una lesión en la médula espinal que sufrió hace 10 años, dirigidos específicamente a la corteza somatosensorial, la región del cerebro responsable de sensación tocar. Antes de la cirugía, los investigadores utilizaron imágenes por resonancia magnética (MRI) y magnetoencefalografía (MEG) para determinar dónde colocar los electrodos al registrar qué áreas de la corteza somatosensorial se activaron cuando los participantes del estudio imaginaron qué sentían las diferentes partes de su mano derecha. Una vez que se implantan los electrodos, los investigadores envían corrientes eléctricas suaves al cerebro del paciente, una técnica conocida como microestimulación intracortical.
Durante las primeras cuatro semanas, los participantes no detectaron ningún estímulo eléctrico y espontáneamente sintieron hormigueo en el brazo y la mano derechos. Estas sensaciones espontáneas a menudo coinciden con el disparo de neuronas en la corteza somatosensorial. Después de tres semanas, el paciente sintió estas sensaciones espontáneas solo en la mano derecha; después de cuatro semanas, el paciente no podía sentirlas en absoluto. Casi al mismo tiempo, la microestimulación intracortical comenzó a generar sensaciones táctiles, que el participante informó que se originaban en sus manos. *
Klinger y sus colegas realizaron dos tipos diferentes de experimentos, ambos relacionados con la microestimulación intracortical de la corteza somatosensorial. Primero, los participantes fueron estimulados mientras veían una imagen de una mano en una pantalla. Se le pidió que describiera las sensaciones que experimentaba y que identificara en qué parte de sus manos las sentía. El participante informó sentir sensación principalmente en la parte superior de la palma de la mano y la base de los cuatro dedos, pero también en una pequeña área del dedo meñique y dos tercios del dedo índice.
En el 93 por ciento de los ensayos diseñados para medir la naturalidad de experimentar el tacto, los participantes describieron la sensación como «probablemente natural», sin que nadie se sintiera «totalmente natural» o «totalmente antinatural». En el 94 % de los ensayos que midieron la profundidad sensorial, los participantes informaron haber experimentado sensaciones tanto sobre como debajo de la piel. De los ensayos diseñados para estudiar la percepción del dolor, ninguno provocó una respuesta al dolor de los participantes. En 190 ensayos diseñados para determinar la calidad sensorial de la experiencia, informó que el 67 % de los estímulos se registraron como presión, el 15 % como calor y el 15 % como estimulación eléctrica. En uno de los ensayos, los participantes percibieron la simulación como una vibración desagradable.
En la segunda parte del experimento, los investigadores mapearon la salida del sensor de torque a dedos específicos en la mano protésica, que a su vez mapeó a los electrodos correspondientes a cada dedo. Luego se le vendaron los ojos al participante y se le pidió que informara en qué dedo sintió presión. Durante 13 sesiones de 62 a 65 intentos con 4 dedos por sesión, los participantes identificaron correctamente qué dedo estaba siendo estimulado el 84 por ciento del tiempo.
Todas estas respuestas se mantuvieron estables durante el transcurso del estudio de seis meses. «Esperábamos estos resultados, pero la consistencia de las respuestas a lo largo del tiempo fue realmente sorprendente», dijo Klinger.
El estudio responde a una pregunta de larga data en el campo sobre cómo se siente estimular la corteza somatosensorial, dijo Lee Miller, presidente de Motor Control Society, que no participó en el estudio. «Aquellos de nosotros que hacemos este tipo de investigación en monos a menudo decimos antes de nuestras presentaciones: ‘Vaya, sería genial si pudiéramos preguntarles a los monos cómo se sienten'», dijo Miller. «El hecho de que el paciente describiera las sensaciones que sentía como ‘probablemente naturales’ nos dio una idea de la dirección que debe seguir este trabajo, incluso cuando reconocimos lo lejos que habíamos llegado».
Klinger y Miller están de acuerdo en que el próximo paso es descubrir cómo combinar los hallazgos existentes en el campo, basándose en experimentos anteriores que muestran que los monos y los humanos pueden aprender a sentir objetos virtuales y controlar brazos robóticos con sus pensamientos.
Klinger y Miller están de acuerdo en que el siguiente paso es descubrir cómo combinar los hallazgos existentes en el campo. Investigaciones anteriores han demostrado que los monos pueden ser entrenados para sentir objetos virtuales y que tanto los monos como los humanos pueden usar sus pensamientos para operar brazos robóticos. A este cuerpo de conocimiento, este estudio agrega datos sobre cómo las personas que han perdido extremidades vuelven a aprender a sentir.
«El siguiente paso es integrar el control motor y la retroalimentación sensorial», dijo Klinger.
*Nota del editor: (13 de octubre de 2022): este párrafo se revisó para aclarar las sensaciones (espontáneas y evocadas eléctricamente) experimentadas por los participantes durante el estudio.
