Estos sistemas permiten realizar registros electrofisiológicos en vivo en nervios y músculos humanos

Sistemas novedosos de electrodos desvelan los mecanismos que hacen posibles los movimientos del cuerpo humano

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Para quienes investigan en los campos de la robótica y la prostética, representa un reto a la vez apasionante y difícil conseguir reproducir la combinación precisa de mecanismos que hacen posibles los movimientos del cuerpo humano. El equipo científico del proyecto DEMOVE lo ha logrado creando unos novedosos sistemas de electrodos.

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Cordis / Por sencillo que parezca, el mero hecho de estirar el brazo para agarrar un objeto con la mano es, en realidad, fruto de varios sucesos complejos en el encéfalo, la médula espinal, los nervios y los músculos. Tales sucesos, denominados eventos discretos, comprenden intercambios de iones a través de membranas, mecanismos electroquímicos y un bombeo activo de iones mediante un gasto de energía, todo lo cual, en conjunto, conforma secuencias de potenciales de acción. Estas secuencias son, en definitiva, el lenguaje en el que se codifica todo el mundo exterior dentro del encéfalo humano.

El cometido fundamental del proyecto ha sido registrar e interpretar este «código neuronal» de los movimientos

El cometido fundamental del proyecto DEMOVE (Decoding the Neural Code of Human Movements for a New Generation of Man-Machine Interfaces) era justamente registrar e interpretar este «código neuronal» de los movimientos. Investigaciones anteriores al respecto se habían topado con la inviabilidad de detectar y procesar la actividad de las neuronas motoras y el código neuronal. Con el fin de sortear este obstáculo, el profesor Dario Farina y su equipo de la Universidad de Gotinga crearon unos novedosos sistemas de electrodos.

Estos sistemas permiten realizar registros electrofisiológicos en vivo en nervios y músculos humanos y brindan nuevos métodos y modelos computacionales con los que extraer información funcional relevante sobre el movimiento del cuerpo humano. Asimismo, ayudan a despejar algunas de las incógnitas existentes en la neurociencia del movimiento, permiten acercar las perspectivas neuronal y funcional del movimiento y, previsiblemente, propiciarán modalidades nuevas de interacción entre humanos y máquinas.

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¿A qué se debe la actual carencia de técnicas para observar la actividad nerviosa relacionada con el movimiento?

Para acceder a las neuronas del sistema nervioso central hay que insertar electrodos en el cuerpo humano y penetrar en estructuras neuronales (como la corteza motora), y ello conlleva el riesgo de causar daños. Tal intervención requiere procedimientos quirúrgicos complejos y también arriesgados. Por otro lado, las técnicas no invasivas (como la imagen por resonancia magnética, la magnetoencefalografía y la electroencefalografía) no ofrecen el grado necesario de selectividad de cara a descodificar la complejísima actividad neuronal que tiene lugar en el transcurso de cada movimiento.

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¿Cómo sortean estos escollos sus sistemas de electrodos?

Al registrar la actividad en los músculos reconocen la señal que emiten los circuitos de la médula espinal, cuya actividad determina el movimiento

Registramos la actividad en los músculos, aprovechando tejido muscular como amplificador biológico de la actividad nerviosa. Ciertamente, cuando los nervios conectan con los músculos, su actividad neural se conserva y puede descodificarse a partir de la actividad eléctrica que tiene lugar en el músculo del que se trate. Así pues, aunque estemos registrando en la periferia del sistema (en los músculos), somos capaces de reconocer la señal que emiten los circuitos de la médula espinal, cuya actividad determina el movimiento.

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¿Qué valoración hace de los resultados cosechados por su proyecto?

El proyecto concluirá a finales de junio de este año y ha deparado resultados sobresalientes en todas las disciplinas estudiadas. Por ejemplo, los sistemas de registro que hemos creado nos han dado pie a reevaluar con un ojo crítico hipótesis formuladas hace unos ochenta años acerca del control de las neuronas motoras en el transcurso del movimiento.

Los nuevos sistemas de registro brindan la posibilidad de descodificar la actividad de grandes poblaciones de neuronas motoras y distinguir la información procedente del sistema nervioso central y de los mecanismos periféricos. Además, nuestros resultados suponen un avance para la neuromecánica, ya que ponen al descubierto las fuerzas mecánicas generadas por las estructuras neuronales, y también un avance para el campo de las interfaces entre humano y máquina, ya que proporcionan métodos intuitivos y sólidos para controlar prótesis mioeléctricas.

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¿Cuáles fueron las principales dificultades encontradas en el proyecto y cómo se superaron?

Esta era un proyecto que presentaba un riesgo elevado pero también grandes beneficios potenciales; como era de esperar, nos enfrentamos a numerosos retos. Pero ninguno nos detuvo; hemos podido superarlos todos gracias a una gran vocación de trabajo en equipo. Algunos ejemplos son la necesidad de registrar la actividad en un gran número de músculos a la vez, la descodificación simultánea de grandes poblaciones de neuronas motoras en vivo y el uso de estas técnicas para controlar prótesis mioeléctricas.

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Las aplicaciones más destacadas de su investigación estarían en el campo de la interacción humano-máquina. ¿Podría darnos algún ejemplo?

En este proyecto hemos propuesto y demostrado la viabilidad de crear prótesis de extremidades superiores que sean controladas plenamente mediante la actividad de varias decenas de neuronas motoras, cuyo «comportamiento» se ha descodificado a partir de registros musculares, también gracias a procedimientos quirúrgicos avanzados.

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Solo quedan unos pocos meses de proyecto. ¿Qué aspira a conseguir antes y después de que acabe?

Nuestros esfuerzos se concentran en avanzar hacia un control —extremadamente preciso y viable clínicamente— de interfaces humano-máquina mediante las neuronas motoras.

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Fuente:

Entrevista publicada en la revista de resultados research*eu nº 51 pp. 9 y 10

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