El hombre tetrapléjico que vuelve a caminar
En esta edición de Ethica Digital completamos el informe especial sobre los aportes y los riesgos de la inteligencia artificial, que incluye una nota del Dr. Martín Moya, habitual redactor de esta columna dedicada a novedades científicas. En este caso, excepcionalmente, hemos reemplazado su colaboración por un texto de H. lorach, A. Galvez y V. Spagnolo para la Revista Nature, publicada el 30 de mayo pasado. Los autores parten del hecho de que una lesión de la médula espinal interrumpe la comunicación entre el cerebro y la región de la médula espinal que produce la marcha, lo que lleva a la parálisis. Aquí, restauramos esta comunicación con un puente digital entre el cerebro y la médula espinal que permitió a una persona con tetraplejia crónica pararse y caminar de forma natural en entornos comunitarios. Esta interfaz cerebro-columna vertebral (BSI) consta de sistemas de estimulación y grabación completamente implantados que establecen un vínculo directo entre las señales corticales y la modulación analógica de la estimulación eléctrica epidural dirigida a las regiones de la médula espinal involucradas en la producción de la marcha. Una interfaz cerebro -columna vertebral (BSI) altamente confiable se calibra en unos pocos minutos. Esta confiabilidad se ha mantenido estable durante un año, incluso durante el uso independiente en el hogar. El participante informa que el interfaz cerebro -columna vertebral (BSI) le permite el control natural sobre los movimientos de sus piernas para pararse, caminar, subir escaleras e incluso atravesar terrenos complejos. Además, la neurorrehabilitación apoyada por la BSI mejoró la recuperación neurológica. El participante recuperó la capacidad de caminar con muletas sobre el suelo incluso cuando la BSI estaba apagada. Este puente digital establece un marco para restaurar el control natural del movimiento después de la parálisis.
El tratamiento
Para caminar, el cerebro envía comandos ejecutivos a las neuronas ubicadas en la médula espinal lumbosacra. Aunque la mayoría de las lesiones de la médula espinal no dañan directamente estas neuronas, la interrupción de las vías descendentes interrumpe los comandos derivados del cerebro que son necesarios para que estas neuronas produzcan la marcha. La consecuencia es la parálisis permanente.
Anteriormente demostramos que la estimulación eléctrica epidural dirigida a las zonas de entrada de la raíz dorsal individual de la médula espinal lumbosacra permite la modulación de grupos motores específicos de las piernas. A su vez, el reclutamiento de estas zonas de entrada de la raíz dorsal con secuencias espaciotemporales preprogramadas replica la activación fisiológica de los grupos motores de las piernas que subyacen a la bipedestación y la marcha. Estas secuencias de estimulación restauraron la bipedestación y la marcha básica en personas con parálisis debido a una lesión de la médula espinal. Sin embargo, esta recuperación requirió sensores de movimiento portátiles para detectar intenciones motoras a partir de movimientos residuales o estrategias compensatorias para iniciar las secuencias de estimulación preprogramadas. En consecuencia, el control de la marcha no se percibía como completamente natural. Además, los participantes mostraron una capacidad limitada para adaptar los movimientos de las piernas al terreno cambiante y las demandas volitivas.
Aquí, sugerimos que un puente digital entre el cerebro y la médula espinal permitiría el control voluntario sobre el tiempo y la amplitud de la actividad muscular, restaurando un control más natural y adaptativo de estar de pie y caminar en las personas. con parálisis por lesión de la médula espinal.
Puente digital del cerebro a la médula espinal
Para establecer este puente digital, integramos dos sistemas totalmente implantados que permiten el registro de la actividad cortical y la estimulación de la médula espinal lumbosacra de forma inalámbrica y en tiempo real (Fig. 1 a).
Diseño, tecnología e implantación del BSI
A, dos implantes corticales compuestos por 64 electrodos se colocan de forma epidural sobre la corteza sensoriomotora para recoger señales ECoG. Una unidad de procesamiento predice las intenciones motoras y traduce estas predicciones en la modulación de programas de estimulación eléctrica epidural dirigidos a las zonas de entrada de la raíz dorsal de la médula espinal umbosacra. Los estímulos se administran mediante un generador de impulsos implantable conectado a un cable de paleta de 16 electrodos.
B, Imágenes que informan la planificación preoperatoria de las ubicaciones de los implantes corticales y la confirmación posoperatoria. L, izquierda; R, correcto.
C, Modelo computacional personalizado que predice la ubicación óptima del cable de paleta para apuntar a las zonas de entrada de la raíz dorsal asociadas con los músculos de las extremidades inferiores y confirmación posoperatoria.
Esta cadena integrada de hardware y software estableció un puente digital inalámbrico entre el cerebro y la médula espinal: una interfaz cerebro-columna vertebral (BSI) que convierte la actividad cortical en la modulación analógica de los programas de estimulación eléctrica epidural para sintonizar la activación de los músculos de las extremidades inferiores y, por lo tanto, recuperar la posición de pie y caminar después de la parálisis debido a una lesión de la médula espinal.
Discusión
Concebimos un puente digital inalámbrico entre el cerebro y la médula espinal que restauró el control natural sobre los movimientos de las extremidades inferiores para pararse y caminar en terrenos complejos después de la parálisis debido a una lesión de la médula espinal. Además, la neurorrehabilitación medió mejoras neurológicas que persistieron incluso cuando se apagó el puente.
La validación de este puente digital se restringió a un solo individuo con daño severo pero parcial de la médula espinal y, por lo tanto, no está claro si la interfaz cerebro columna vertebral (BSI) será aplicable a otras ubicaciones y gravedades de lesiones. Sin embargo, varias observaciones sugieren que este enfoque será aplicable a una amplia población de personas con parálisis. En primer lugar, los principios fisiológicos que subyacen a la estimulación eléctrica epidural dirigida de la médula espinal ahora se han validado en nueve de cada nueve personas tratadas con lesiones incompletas y completas. En segundo lugar, desarrollamos procedimientos que respaldaron la calibración sencilla, rápida y estable del vínculo entre la actividad cortical y los programas de estimulación, lo que permitió al participante operar el BSI en casa sin supervisión. En tercer lugar, ahora se ha observado una robustez y estabilidad comparables de este marco de decodificación cerebral computacional y tecnológico en dos personas adicionales con tetraplejia. Si bien la experiencia previa del participante con la estimulación aceleró la configuración de la BSI, no prevemos mayores impedimentos para implementar una BSI en nuevos individuos. De hecho, pudimos configurar programas de estimulación que restauraron el paso en un día en tres participantes con parálisis sensoriomotora completa.
El concepto de un puente digital entre el cerebro y la médula espinal augura una nueva era en el tratamiento de los déficits motores por trastornos neurológicos.
