Una ilustración que muestra el conjunto de electrodos en el cerebro del sujeto, incluyendo una representación de qué parte del cerebro controla cada dedo.

Crédito: Guy Hotson

Médicos e ingenieros biomédicos de Johns Hopkins informan de lo que creen que es el primer esfuerzo exitoso para mover los dedos de forma individual e independiente unos de otros utilizando un «brazo» artificial controlado por la mente para controlar el movimiento.

La hazaña de la prueba de concepto, descrita en línea esta semana en el Journal of Neural Engineering, representa un avance potencial en las tecnologías para restaurar la función refinada de la mano a aquellos que han perdido los brazos por una lesión o enfermedad, dicen los investigadores. Al joven en el que se realizó el experimento no le faltaba un brazo o una mano, pero se le equipó con un dispositivo que esencialmente aprovechaba un procedimiento de mapeo cerebral para eludir el control de su propio brazo y mano.

«Creemos que es la primera vez que una persona que utiliza una prótesis controlada por la mente realiza inmediatamente movimientos de dígitos individuales sin un entrenamiento exhaustivo», afirma el autor principal, el doctor Nathan Crone, profesor de neurología de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. «Esta tecnología va más allá de las prótesis disponibles, en las que los dígitos artificiales, o dedos, se movían como una sola unidad para realizar un movimiento de agarre, como el que se utiliza para agarrar una pelota de tenis.

Para el experimento, el equipo de investigación reclutó a un joven con epilepsia al que ya se le había programado un mapeo cerebral para localizar el origen de sus convulsiones.

Aunque los registros cerebrales se realizaron mediante electrodos implantados quirúrgicamente por motivos clínicos, las señales también controlan una prótesis modular desarrollada por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins.

Antes de conectar la prótesis, los investigadores mapearon y rastrearon las partes específicas del cerebro del sujeto responsables de mover cada dedo, y luego programaron la prótesis para que moviera el dedo correspondiente.

Primero, el neurocirujano del paciente colocó una matriz de 128 sensores de electrodos -todos en una sola hoja rectangular de película del tamaño de una tarjeta de crédito- en la parte del cerebro del hombre que normalmente controla los movimientos de la mano y el brazo. Cada sensor medía un círculo de tejido cerebral de 1 milímetro de diámetro.

El programa informático que desarrolló el equipo de la Johns Hopkins hizo que el hombre moviera cada uno de sus dedos por orden y registró qué partes del cerebro se «iluminaban» cuando cada sensor detectaba una señal eléctrica.

Además de recoger datos sobre las partes del cerebro implicadas en el movimiento motor, los investigadores midieron la actividad eléctrica del cerebro implicada en la sensación táctil. Para ello, se equipó al sujeto con un guante con pequeños zumbadores vibratorios en las yemas de los dedos, que se activaban individualmente en cada uno de ellos. Los investigadores midieron la actividad eléctrica resultante en el cerebro para cada conexión de los dedos.

Después de recoger los datos motores y sensoriales, los investigadores programaron el brazo protésico para que moviera los dedos correspondientes en función de la parte del cerebro que estuviera activa. Los investigadores encendieron el brazo protésico, que estaba conectado al paciente a través de los electrodos cerebrales, y pidieron al sujeto que «pensara» en mover individualmente los dedos pulgar, índice, medio, anular y meñique. La actividad eléctrica generada en el cerebro movía los dedos.

«Los electrodos utilizados para medir la actividad cerebral en este estudio nos proporcionaron una mejor resolución de una gran región del córtex que cualquier otra cosa que hayamos utilizado antes y permitieron un mapeo espacial más preciso en el cerebro», dice Guy Hotson, estudiante de posgrado y autor principal del estudio. «Esta precisión es lo que nos permitió separar el control de los dedos individuales».

Inicialmente, la extremidad controlada por la mente tenía una precisión del 76 por ciento. Una vez que los investigadores acoplaron los dedos anular y meñique, la precisión aumentó hasta el 88 por ciento.

«La parte del cerebro que controla los dedos meñique y anular se superpone, y la mayoría de la gente mueve los dos dedos juntos», dice Crone. «Los investigadores señalan que no fue necesario un entrenamiento previo para que el sujeto obtuviera este nivel de control, y que el experimento completo duró menos de dos horas.

Crone advierte que la aplicación de esta tecnología a las personas a las que realmente les faltan extremidades todavía está a unos años vista y será costosa, ya que requerirá un amplio mapeo y programación informática. Según la Coalición de Amputados, más de 100.000 personas que viven en Estados Unidos tienen las manos o los brazos amputados, y la mayoría podría beneficiarse de esta tecnología.

En el estudio participaron David McMullen, Matthew Fifer, William Anderson y Nitish Thakor, de Johns Hopkins Medicine, y Matthew Johannes, Kapil Katyal, Matthew Para, Robert Armiger y Brock Wester, del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins.

Este estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (subvención número 1R01NS088606-01).