Primates recuperan el control de sus extremidades paralizadas gracias a un puente artificial para su médula

La interfaz decodifica la actividad cerebral asociada con los movimientos de caminar y transmite esta información a la médula espinal, por debajo de la lesión, a través de electrodos que estimulan las vías neurales que activan los músculos de las piernas durante la locomoción natural.

La interfaz neuroprotésica fue concebida en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Lausana, Suiza, y desarrollada junto con una red internacional de colaboradores, entre ellos Medtronic, la Universidad de Brown, en Estados Unidos, y Fraunhofer ICT-IMM, en Alemania. Fue probada en colaboración con la Universidad de Burdeos, Francia; Motac Neuroscience y el Hospital Universitario de Lausana (CHUV).

"Ésta es la primera vez que la neurotecnología restaura la locomoción en los primates", dice el neurólogo de EPFL Grégoire Courtine, que dirigió la colaboración. "Pero hay muchos desafíos por delante y puede llevar varios años antes de que todos los componentes de esta intervención puedan probarse en las personas", matiza.

El cerebro es una enorme red de células llamadas neuronas y la información se procesa en el cerebro mediante la transmisión de picos de electricidad de una neurona a la siguiente, dando lugar a señales cerebrales que pueden medirse e interpretarse realmente. La región lumbar de la médula espinal también contiene redes complejas de neuronas que activan los músculos de las piernas para caminar. Grupos de nervios procedentes del cerebro llevan la información relevante a la médula espinal sobre la activación deseada de los músculos de las piernas.

El sistema puentea la lesión

En el caso de los sistemas nerviosos intactos, las señales sobre andar provienen de una pequeña región del cerebro (aproximadamente del tamaño de una moneda de diez centavos en los primates) llamada corteza motora. Las señales de la corteza motora viajan por la médula espinal, alcanzan las redes neuronales localizadas en la región lumbar y éstas activan los músculos de las piernas para producir movimientos de caminar.

Las lesiones de la médula espinal, en parte o completamente, impiden que estas señales lleguen a las neuronas que activan los músculos de las piernas, provocando parálisis. Pero la corteza motora todavía puede producir actividad de picos sobre caminar y las redes neurales que activan los músculos en la pierna paralizada están todavía intactas y pueden generar movimientos de las piernas.

La interfaz cerebro-columna vertebral puentea la lesión de la médula espinal, en tiempo real y sin cables. El sistema neuroprotésico decodifica la actividad de picos de la corteza motora del cerebro y luego transmite esta información a un sistema de electrodos situado sobre la superficie de la médula espinal lumbar, por debajo de la lesión. La estimulación eléctrica de unos pocos voltios, administrada en localizaciones precisas en la médula espinal, modula distintas redes de neuronas que pueden activar músculos específicos en las piernas.

"Para implementar la interfaz cerebro-columna vertebral, desarrollamos un sistema inalámbrico implantable que funciona en tiempo real y permite a un primate comportarse libremente, sin la restricción de sistemas electrónicos atados subraya Courtine. Entendimos cómo extraer las señales cerebrales que codifican los movimientos de flexión y extensión de la pierna con un algoritmo matemático y, entonces, unimos las señales decodificadas a la estimulación de puntos específicos en la médula espinal que indujeron el movimiento de andar".

Para las lesiones parciales de la médula espinal, los científicos mostraron que el primate recuperó el control de su pierna paralizada inmediatamente después de la activación de la interfaz cerebro-espina dorsal. La interfaz también debería funcionar para lesiones más graves de la médula espinal, según los científicos, probablemente con la ayuda de agentes farmacológicos.

"El primate fue capaz de caminar inmediatamente una vez que la interfaz cerebro-médula espinal se activó. No fue necesario fisioterapia o entrenamiento", resalta el neurocientífico Erwan Bezard, de la Universidad de Burdeos, que supervisó los experimentos de primates.

"El vínculo entre la decodificación del cerebro y la estimulación de la médula espinal para hacer que esta comunicación exista es completamente nuevo", añade la neurocirujana Jocelyne Bloch, del Hospital Universitario de Lausana, directora del Departamento de Neurocirugía Funcional en el Hospital de la Universidad de Lausanne y que implantó quirúrgicamente el cerebro y los implantes de la médula espinal.

"Por primera vez, puedo imaginar a un paciente completamente paralizado capaz de mover sus piernas a través de esta interfaz cerebro-columna vertebral", dice. En colaboración con EPFL, Bloch lidera actualmente un estudio clínico para evaluar la viabilidad y el potencial terapéutico de esta tecnología de estimulación de la médula espinal, sin implante cerebral, para mejorar la capacidad de caminar en personas con lesión parcial de la médula espinal que afecta a los miembros inferiores.