El conocimiento sobre el cerebro humano está creciendo exponencialmente durante los últimos años, pero todavía quedan por descubrir la mayoría de mecanismos y procesos que tienen lugar en él. Durante décadas, los científicos han estado utilizando matrices de electrodos para registrar la actividad eléctrica del cerebro, mapeando la actividad en diferentes regiones del mismo para comprender su funcionamiento. Sin embargo, estas matrices solo han sido capaces de detectar actividad a través de un cierto umbral de frecuencias. Una nueva tecnología desarrollada en Barcelona supera esta limitación técnica, desbloqueando toda la información que se encuentra por debajo de 0,1 Hz, al tiempo que allana el camino para el desarrollo de futuras interfaces cerebro-computadora.
La investigación ha sido desarrollada en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC), junto con el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y el CIBER en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), y adaptado para grabaciones cerebrales en colaboración con el Instituto de Investigación Biomédica August Pi i Sunyer (IDIBAPS).
La novedosa tecnología se aleja de los electrodos y utiliza una innovadora arquitectura basada en transistores que amplifican las señales del cerebro in situ antes de transmitirlas al cerebro. Además, el uso del grafeno para construir la nueva arquitectura permite que el implante pueda admitir muchos más sitios de registro que una matriz de electrodos estándar, además de ser los suficientemente delgado y flexible como para ser usado en grandes áreas de la corteza sin ser rechazado o interferir en el normal funcionamiento del cerebro. El resultado es un mapeo sin precedentes del tipo de actividad cerebral a bajas frecuencias que se sabe que transporta información crucial de diferentes eventos en el cerebro, como el inicio y la progresión de los ataques epilépticos.
Para los neurólogos esto puede significar que finalmente tengan acceso a señales que antes eran inviables de captar. El profesor Matthew Walker, del Universtiy College London y especialista mundial en epilepsia clínica, ha calificado a la nueva tecnología como una innovación que tiente el potencial de cambiar la forma en que registramos y vemos la actividad eléctrica del cerebro. Aplicaciones futuros podrán proporcionar información nunca antes conseguida sobre dónde y cómo comienzan y terminan las convulsiones, permitiendo nuevos enfoques para el diagnóstico y tratamiento de la epilepsia.
Sin embargo, más allá de la epilepsia, este mapeo e interacción precisa con el cerebro puede tener otras aplicaciones muy interesantes. Aprovechando la capacidad de configuración del transistor para crear matrices con un gran número de sitios de grabación, empleando la llamada estrategia de multiplexación, la tecnología está siendo adaptada por algunos investigadores para restablecer el habla y la comunicación como parte del proyecto europeo BrainCom. Liderado por el ICN2, este proyecto tiene el objetivo del desarrollo de una nueva generación de interfaces cerebro-computadora capaces de explorar y reparar funciones cognitivas de alto nivel, con un enfoque particular en discapacidades del habla causada por lesiones cerebrales o de la médula espinal (afasia).
Todos los detalles y resultados de la investigación han sido publicados en la revista científica Nature Materials, donde Eduard Mavidal Codina de IMB-CNM, CSIC ha sido el autor principal. El trabajo en este instituto fue dirigido por el Dr. Anton Guimerà Brunet, mientras que el profesor de ICREA José A Garrido dirigió los esfuerzos en el ICN2. Los microtransistores de grafeno se adaptaron para grabaciones cerebrales y se probaron in vivo en el IDIBAPS, dirigido por el Prof. Mavi Sánchez-Vives de ICREA. Se desarrolló una técnica de imagen en colaboración con ICFO, dirigida por el profesor ICREA Turgut Durduran. El proyecto está cofinanciado por Graphene Flagship y el proyecto BrainCom.
Créditos imagen portada: ICN2
