Braingate: creando prótesis robóticas a través del pensamiento

BrainGate es una plataforma de neurotecnología revolucionaria que utiliza microelectrodos implantados en el cerebro para permitir a los humanos operar dispositivos externos, como computadoras o brazos robóticos, con solo el pensamiento. A través de años de investigación avanzada, BrainGate se encuentra a la vanguardia de la habilitación de individuos con discapacidad motora severa, brindándoles la capacidad de comunicarse, interactuar y funcionar a través del pensamiento.

La Ciencia Detrás de BrainGate

BrainGate puede detectar, transmitir, analizar y aplicar el lenguaje de las neuronas. Las neuronas son células que utilizan un lenguaje de impulsos eléctricos para comunicar mensajes desde el cerebro al resto del cuerpo. BrainGate ofrece un enfoque sistémico que aplica el lenguaje de las neuronas tanto en entornos a corto como a largo plazo.

Se espera que las personas que utilizan el sistema BrainGate empleen una computadora personal como puerta de enlace a una gama de actividades autodirigidas. Estas actividades pueden extenderse más allá de las funciones informáticas típicas (por ejemplo, la comunicación) para incluir el control de objetos en el entorno, como un teléfono, un televisor, luces e incluso una silla de ruedas.

También se está desarrollando BrainGate y interfaces neuronales relacionadas para proporcionar potencialmente movimiento de las extremidades a personas con discapacidades motoras severas. El objetivo de este programa de desarrollo es permitir que las personas algún día puedan usar sus propios brazos y manos nuevamente. Se está investigando para permitir tanto el movimiento de las extremidades como el control robótico, como una silla de ruedas controlada por el pensamiento.

La Tecnología de BrainGate

BrainGate consta de un sensor que se implanta en la corteza motora del cerebro y un dispositivo que analiza las señales cerebrales. Desde un punto de vista teórico, el principio detrás del sistema BrainGate es que, con una funcionalidad cerebral intacta, se generan señales cerebrales aunque no se envíen a los brazos, las manos y las piernas. Con BrainGate, las señales pueden, por ejemplo, interpretarse y traducirse en movimientos del cursor, ofreciendo al usuario una “ BrainGate Pathway ” alternativa para controlar una computadora con el pensamiento, al igual que los individuos que tienen la capacidad de mover sus manos usan un ratón.

La tecnología única de BrainGate puede detectar simultáneamente la actividad eléctrica de muchas neuronas individuales. El sensor consiste en una matriz de silicio del tamaño de una aspirina para bebés que contiene cien electrodos, cada uno más delgado que un cabello humano. La matriz se implanta en la superficie del cerebro. En el Sistema de Interfaz Neural BrainGate, la matriz se implanta en el área del cerebro responsable del movimiento de las extremidades. Si bien actualmente no está aprobado para su uso, en otras aplicaciones futuras, la matriz puede implantarse en áreas del cerebro responsables de otros procesos corporales. Los dispositivos BrainGate han recibido la aprobación de exención de dispositivo de investigación de la FDA (IDE) y actualmente se utilizan en varios esfuerzos de investigación y ensayos clínicos.

El cerebro humano es una supercomputadora de procesamiento paralelo con la capacidad de procesar instantáneamente grandes cantidades de información. La tecnología de BrainGate permite que una gran cantidad de datos de actividad eléctrica se transmitan desde las neuronas del cerebro a las computadoras para su análisis. En el sistema BrainGate actual, un conjunto de cien cables de oro conecta la matriz a un pedestal que se extiende a través del cuero cabelludo. El pedestal está conectado mediante un cable externo a un conjunto de computadoras en las que los datos se pueden almacenar para su análisis fuera de línea o analizar en tiempo real. Los algoritmos de software de procesamiento de señales analizan la actividad eléctrica de las neuronas y los traducen en señales de control para su uso en varias aplicaciones basadas en computadora. Se ha desarrollado propiedad intelectual y se está investigando un dispositivo inalámbrico.

Investigación y Desarrollo de BrainGate en Tufts

El Consorcio Stibel Dennett en Tufts está formando un centro de investigación cognitiva de vanguardia para seguir desarrollando la tecnología BrainGate. La tecnología central de BrainGate sustenta todas las muchas tecnologías cerebrales implantables en desarrollo en todo el entorno, y Tufts ahora controla todos los permisos y derechos para su uso o comercialización por parte de otras organizaciones. El acceso a la tecnología de vanguardia de BrainGate abre oportunidades increíbles para participar en nuevas líneas de investigación, establecer asociaciones con otras instituciones en este espacio y explorar cómo Tufts podría aprovechar esta tecnología a través de asociaciones públicas o privadas. Los profesores clave de Tufts están interesados en avanzar en la tecnología BrainGate a través de su investigación, centrada en la idea de que la interfaz neural BrainGate puede proporcionar una mayor comprensión de la comunicación dentro del cerebro o incluso a nivel celular.

Implantes Cerebrales: Un Nuevo Horizonte

BrainGate es un sistema de implante cerebral, actualmente en desarrollo y en ensayos clínicos, diseñado para ayudar a quienes han perdido el control de sus extremidades u otras funciones corporales, como pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o lesión de la médula espinal. La tecnología BrainGate y los activos relacionados de Cyberkinetic ahora son propiedad de BrainGate, Co., una empresa privada.

El sensor, que se implanta en el cerebro, monitorea la actividad cerebral del paciente y convierte la intención del usuario en comandos de computadora.

Tecnología de BrainGate: Una Visión Detallada

En su forma actual, BrainGate consta de un sensor implantado en el cerebro y un dispositivo decodificador externo, que se conecta a algún tipo de prótesis u otro objeto externo. El sensor tiene la forma de una matriz de microelectrodos, anteriormente conocida como la Matriz de Utah, que consta de 100 electrodos delgados como cabellos que detectan la firma electromagnética de las neuronas que se disparan en áreas específicas del cerebro, por ejemplo, el área que controla el movimiento del brazo. El sensor traduce esa actividad en señales cargadas eléctricamente, que luego se envían a un dispositivo externo y se decodifican en software. El decodificador se conecta y puede usar las señales cerebrales para controlar un dispositivo externo, como un brazo robótico, un cursor de computadora o incluso una silla de ruedas. En esencia, BrainGate permite a una persona manipular objetos en el entorno usando solo la mente.

Además del análisis en tiempo real de los patrones de neuronas para transmitir el movimiento, la matriz BrainGate también puede registrar datos eléctricos para su posterior análisis. Un posible uso de esta función sería que un neurólogo estudie los patrones de convulsiones en un paciente con epilepsia.

Historia y Resultados de BrainGate

BrainGate fue desarrollado originalmente por investigadores del Departamento de Neurociencia de la Universidad Brown en conjunto con la empresa de biotecnología Cyberkinetics, Inc. Cyberkinetics luego desprendió la fabricación de dispositivos a Blackrock Microsystems, que ahora fabrica los sensores y el hardware de adquisición de datos. BrainGate Company compró la propiedad intelectual y la tecnología relacionada de Cyberkinetics y continúa siendo propietaria de la propiedad intelectual relacionada con BrainGate.

Los primeros experimentos reportados que involucraron la implantación de la matriz de microelectrodos en un sujeto humano fueron llevados a cabo en 2002 por Kevin Warwick, Mark Gasson y Peter Kyberd. El procedimiento, que se realizó en la Radcliffe Infirmary, involucró la implantación de la matriz en los nervios periféricos del sujeto para lograr con éxito la funcionalidad motora y sensorial, es decir, la señalización bidireccional.

El posterior ensayo clínico completo de BrainGate fue dirigido por investigadores del Hospital General de Massachusetts, la Universidad Brown y el Departamento de Asuntos de Veteranos de los Estados Unidos y se llevó a cabo de 2004 a 2006, involucrando el estudio de cuatro pacientes con tetraplejia. Los resultados, publicados en un artículo de 2006 en la revista Nature, mostraron que un humano con tetraplejia pudo controlar un cursor en una pantalla de computadora con solo pensar, lo que le permitió abrir correos electrónicos y operar dispositivos como un televisor. Un participante, Matt Nagle, tuvo una lesión de la médula espinal, mientras que otro tuvo ELA avanzada.

En julio de 2009, se inició un segundo ensayo clínico, denominado " BrainGate2 ", por investigadores del Hospital General de Massachusetts, la Universidad Brown y el VA de Providence. En noviembre de 2011, investigadores del Laboratorio de Traducción de Prótesis Neuronales de la Universidad de Stanford se unieron al ensayo como segundo sitio. Este ensayo está en curso.

En mayo de 2012, los investigadores de BrainGate publicaron un estudio en Nature que demostraba que dos personas paralizadas por un accidente cerebrovascular del tronco encefálico varios años antes pudieron controlar brazos robóticos para alcanzar y agarrar. Una participante, Cathy Hutchinson, pudo usar el brazo para tomar café de una botella, la primera vez que pudo beber sin ayuda en 15 años.

Ensayos Clínicos Actuales

Los ensayos clínicos comenzaron en 2009 con el nombre "Sistema de Interfaz Neural BrainGate2 ". A octubre de 2014, la Universidad de Stanford, el Hospital General de Massachusetts, la Universidad Case Western Reserve (Ohio) y el Centro Médico Providence VA estaban reclutando activamente participantes para el ensayo clínico BrainGate2 en curso.

En abril de 2021, BrainGate se convirtió en la primera tecnología en transmitir comandos inalámbricos desde un cerebro humano a una computadora. El estudio clínico utilizó dos participantes con lesiones de la médula espinal. El estudio utilizó un transmisor conectado a la corteza motora del cerebro del sujeto para transmitir las señales. Se informó que la precisión y la velocidad de escritura y movimiento fueron idénticas a las de las soluciones cableadas.

Ubicación de BrainGate

BrainGate tiene su sede en Providence, Rhode Island.

BrainGate representa un avance significativo en la neurotecnología, ofreciendo esperanza y nuevas posibilidades a personas con discapacidades motoras severas. Su desarrollo continuo promete revolucionar la forma en que interactuamos con el entorno y con nuestra propia fisiología.