SALUD. Ayudar al cuerpo y al cerebro a acoger prótesis e implantes biónicos

IMPLANTES BIÓNICOS, robótica portátil, prótesis

 

La biónica y la robótica portátil podrían mejorar potencialmente las capacidades de las personas en el lugar de trabajo y aumentar la productividad. © 22Images Studio, Shutterstock

Las extremidades artificiales, los implantes y los pulgares adicionales restauran y aumentan las capacidades naturales de nuestro cuerpo, pero ¿cómo reciben el cerebro y el sistema nervioso estas nuevas partes del cuerpo?

15 octubre 2022.- No hace mucho tiempo, el concepto del humano biónico parecía descabellado, pero los trajes robóticos portátiles, las extremidades adicionales controladas por el cerebro y las sillas de ruedas operadas por la mente ahora están en desarrollo activo. Acerca mucho más el sueño de la integración hombre-máquina.

"Estamos viendo extremidades biónicas a nivel de ciencia ficción y diseños listos para usar para prótesis que no parecen partes del cuerpo".

Para algunos, eso puede parecer una idea un poco inquietante. Obviamente, la robótica portátil y los implantes biónicos podrían tener múltiples beneficios como dispositivos médicos, como para mejorar las prótesis. Pero más allá de eso, la biónica y la robótica portátil podrían mejorar las capacidades de las personas en el lugar de trabajo y aumentar la productividad.

Dados estos rápidos avances, surge la pregunta sobre cómo el cuerpo humano y el cerebro se adaptan y asimilan estos dispositivos.

El proyecto EmbodiedTech, apoyado por Horizon, explora cuestiones como la eficacia con la que el cerebro humano puede soportar partes artificiales del cuerpo. Además, ¿hasta qué punto el cerebro empieza a reconocer un miembro artificial como parte del cuerpo de alguien ? ¿Cuánto depende esto de que se vea como una extremidad real? ¿Y cómo implementa el cerebro la retroalimentación de la extremidad?

Robótica portátil

Responder a estas preguntas es clave para hacer que la robótica portátil sea lo más fácil de usar posible y ayudar a garantizar que nuestros cerebros puedan manejarlas. Hay margen para mejorar, como lo indican algunas estimaciones de que hasta la mitad de los amputados no usan sus prótesis actuales con regularidad .

Un reciente estudio utilizó imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) tanto en personas a las que les faltaba una mano como en personas con dos manos. Se descubrió que cuanto más regularmente alguien usa su prótesis, más fuerte responde el área del cerebro asociada con el reconocimiento de las manos a las imágenes de las prótesis.

Los usuarios de prótesis también tenían conexiones neuronales más fuertes entre áreas que permitían a las personas reconocer y controlar las manos, lo que sugiere que el cerebro se había adaptado para asimilar la prótesis.

Otro estudio encontró que el cerebro de los usuarios habituales de prótesis parece representar las prótesis como una categoría separada de una mano o una herramienta. Esto se debe a que reacciona de manera más similar entre diferentes prótesis que se asemejan a manos reales y aquellas que no, como un gancho mecánico, que entre estas y manos o herramientas.

"Los diferentes tipos de prótesis se representan de manera similar entre sí, por lo que se agrupan en una sola categoría. El cerebro de ninguna manera está engañado para asociar estas prótesis con manos biológicas".

Brazos de tentáculo

Este hallazgo significa que puede haber menos necesidad de "incorporar" completamente prótesis de lo que se pensaba anteriormente, lo que podría ampliar las oportunidades para la robótica portátil.

Podemos pensar en materiales completamente nuevos, como brazos con tentáculos, porque significa que el cerebro debería ser capaz de reconocerlos y adoptarlos tan bien como las prótesis biónicas que han sido el foco del diseño de prótesis en la última década.

Los hallazgos también sugieren un mayor potencial para aumentar el cuerpo humano con extremidades adicionales. Un ejemplo de esto es el 'tercer pulgar' robótico que un investigador de la Universidad de Cambridge y diseñador de aumentos Dani Clode diseñó para ser atado a la mano debajo del dedo meñique y controlado por sensores conectados a los dedos gordos del pie del usuario.

Se supone que no debemos tener seis dedos, pero parece que esta es una solución plausible en lo que respecta al cerebro. Puedes usarlo para tener lista otra herramienta mientras sueldas, o si tocas la guitarra y necesitas un acorde loco.

De hecho, los participantes sanos que entrenaron con el dedo adicional se volvieron más expertos en usarlo y desarrollaron un mayor sentido de encarnación con el tiempo. Sin embargo, un ligero cambio en la representación del cerebro de la función motora de la mano después de un uso prolongado también sugirió la necesidad de precaución.

"No deberíamos estudiar estas tecnologías de forma aislada del cuerpo. Tenemos que ser muy conscientes de los posibles efectos secundarios o limitaciones del uso mejorado en el cerebro", dicen los investigadores.

Interfaz hombre-máquina

En más investigaciones, el proyecto Living Bionics ha estado estudiando formas de integrar mejor los dispositivos médicos que interactúan directamente con el sistema nervioso. Dichos dispositivos incluyen estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson, así como implantes cocleares y ojos biónicos que se utilizan para tratar deficiencias auditivas o visuales.

Cuando se implanta un dispositivo, es fundamentalmente muy diferente al tejido circundante. Por ello, se trata de diseñar la interfaz entre estos dispositivos implantables y los tejidos fisiológicos.

El problema de muchos implantes actuales es que utilizan metales que el sistema nervioso reconoce como extraños. Esto puede crear cicatrices y aislar el implante, comprometiéndolo a largo plazo y creando posibles problemas de seguridad.

La solución puede ser combinar dispositivos electrónicos con polímeros cargados de células que pretendan imitar la composición de los tejidos biológicos. Estos se transportan dentro de un hidrogel suave que puede actuar como un recubrimiento para los dispositivos existentes o usarse para crear otros nuevos.

Recubrimientos de implantes

En la actualidad, se están fusionando diferentes tecnologías del campo de la ciencia de los biomateriales y también trabajando con células madre neurales, y juntándolas para crear recubrimientos de implantes vivos. Es fundamental encontrar el equilibrio adecuado entre los polímeros sintéticos y naturales. 

Los polímeros sintéticos ofrecen muchas ventajas porque son robustos y predecibles. Los polímeros naturales son más difíciles de trabajar, pero más similares a lo que están acostumbradas las células.

Habiendo comenzado con más mezclas sintéticas en las pruebas de laboratorio, se descubrió que la composición no era muy propicia para que las células prosperaran. Pero la incorporación de más polímeros naturales con el tiempo contribuyó a que al final se lograran recubrimientos que funcionaran mejor.

La respuesta fue simple: haga que esto sea más similar a los tejidos naturales y luego las células se comportarán mejor. Ahora es lo mejor de ambos mundos.  

Al igual que con EmbodiedTech, la investigación tiene implicaciones para la tecnología futura más allá de la clínica, incluso para controlar con la mente máquinas como sillas de ruedas eléctricas. La forma de interactuar mejor con el sistema nervioso tiene implicaciones para las interfaces cerebro-computadora.

Efectos cerebrales

Eso significa que es crucial comprender los posibles efectos en el cerebro. Tenemos que pensar qué sucederá una vez que estas tecnologías sean lo suficientemente accesibles para que no solo los pacientes quieran recibir uno de estos implantes, sino también los consumidores habituales.

Tales tecnologías podrían estar listas dentro de una década, aunque predecir cuándo estarán disponibles es mucho más complicado dados los desafíos con la ética y las regulaciones.

Las aplicaciones serían virtualmente ilimitadas. Hay muchas aplicaciones emergentes que ni siquiera podemos imaginar en este momento porque la tecnología no existe.

Más información: Tecnología incorporada  |  biónica viva

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