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Matriz de microelectrodos de Blackrock Neurotech. Neurotecnología Roca Negra

En los últimos dos años, la startup de neurociencia de Elon Musk, Neuralink, ha tomado el oscuro concepto de la tecnología de interfaz cerebro-computadora (BCI) como corriente principal con una serie de demostraciones muy publicitadas de cómo funcionaba su implante de chip Link en cerebros de animales. Este año, la compañía espera probar el mismo dispositivo en humanos y está contratando activamente a un equipo para persuadir a la Administración de Drogas y Alimentos de que lo permita.

“ primer producto Neuralink permitirá a alguien con parálisis usar un teléfono inteligente con la mente más rápido que alguien que usa los pulgares”, dijo Musk en un tuit el año pasado.

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Aprobado o no por la FDA, Neuralink no será la primera compañía en implantar un BCI en un cerebro humano con fines terapéuticos. De hecho, la comunidad de neurociencias ha estado investigando aplicaciones como las descritas por Musk durante más de una década.

“La comunidad de investigación de BCI es extremadamente dinámica. Están analizando todo, desde caminen de nuevo, vean de nuevo, escuchen de nuevo e incluso sientan de nuevo. Cualquier cosa que se te ocurra, la están investigando”, dijo Marcus Gerhardt, director ejecutivo de Blackrock Neurotech, una empresa de tecnología médica con sede en Salt Lake City cuya BCI se ha implantado en 31 pacientes en varios estudios clínicos en todo el mundo, más que cualquier otra empresa en el mundo. mundo.

Gerhardt, empresario e inversor de formación, cofundó Blackrock en 2008 junto con Florian Solzbacher, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Utah con la misión de acelerar la comercialización de tecnologías BCI.

Actualmente no existe en el mercado ningún dispositivo BCI invasivo aprobado por la FDA. En abril, el regulador aprobó un dispositivo portátil no invasivo desarrollado por la Universidad de Washington, Neurolutions, el primer dispositivo autorizado bajo la categoría BCI de la FDA. En el lado invasivo, solo dos empresas han recibido el permiso de la FDA para probar los implantes BCI en humanos: Blackrock y Synchron, con sede en Nueva York.

El BCI de Blackrock es esencialmente una matriz de microelectrodos colocados en áreas específicas del cerebro para decodificar y transmitir señales neuronales a un dispositivo externo, como un brazo robótico o una silla de ruedas, a través de una computadora. En resumen, a través de un BCI, los pensamientos pueden usarse para controlar maquinaria.

Actualmente, la única forma de obtener un implante BCI en los EE. UU. es participar en un estudio autorizado por la FDA. La definición actual de BCI de la FDA los restringe a restaurar funciones motoras o sensoriales en pacientes con parálisis o amputación. Sin embargo, esa definición se está ampliando rápidamente para incluir aplicaciones destinadas a restaurar las habilidades comunicativas, como hablar y escribir, recuperar la pérdida de memoria e incluso tratar enfermedades mentales.

En una entrevista el mes pasado, Gerhardt habló sobre las aplicaciones más avanzadas en las que está trabajando la comunidad de BCI y cómo su enorme potencial podría beneficiar a una gran población de pacientes con trastornos neurológicos que no tienen opciones de remedio. Marcus Gerhardt, director ejecutivo de Blackrock Neurotech Blackrock Neurotech

Movimiento restaurador

La restauración de las funciones de las extremidades, como mover una silla de ruedas, controlar el cursor del mouse o usar un dispositivo protésico, sigue siendo un caso de uso principal de BCI. El primer estudio en humanos se remonta a 2006 cuando a Matt Nagle, un paciente de 26 años de Massachusetts que quedó paralizado del cuello para abajo debido a una herida punzante, se le implantó una matriz de 96 electrodos en la superficie de su cerebro sobre la corteza motora, un región que controlaba su mano y brazo izquierdos dominantes.

El implante se conectó a una computadora externa a través de una pequeña caja de conexión inalámbrica colocada en la parte superior de su cráneo. Luego, la computadora fue entrenada para reconocer los patrones de pensamiento de Nagle y asociarlos con varios movimientos que estaba tratando de realizar. El sistema, desarrollado por una empresa llamada Cyberkinetics, le permitió controlar el cursor de una computadora con su mente, usándolo para hacer clic en botones, enviar correos electrónicos e incluso dibujar una figura simple en una pantalla.

Cyberkinetics fue adquirida por Blackrock en 2009. Y el implante demostrado en Nagle luego pasó a formar parte de la plataforma MoveAgain BCI de la empresa. En noviembre de 2021, MoveAgain recibió la designación de dispositivo innovador de la FDA, un respaldo de su potencial para tratar a pacientes que sufren trastornos del sistema nervioso central, lesiones de la médula espinal y otras discapacidades motoras graves.

Restaurar el sentido del tacto

Los BCI como MoveAgain, dijo Gerhardt, pueden beneficiar enormemente a los pacientes con tetraplejía, un caso grave de parálisis que provoca la pérdida tanto de la sensación como del control de las cuatro extremidades y el torso. Pero restaurar el movimiento físico no es suficiente. “Si le pregunta a los pacientes tetrapléjicos, muchos le dirán que recuperar el sentido del tacto es más importante que poder moverse de nuevo”, dijo Gerhardt.

En 2016, 10 años después de que Matt Nagle controlara un cursor con la mente, un paciente con parálisis de 28 años llamado Nathan Copeland sintió un toque en su brazo ortopédico por primera vez desde que perdió todas las sensaciones en brazos y dedos después de un accidente automovilístico en 2004, durante un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Pittsburgh utilizando el sistema BCI de Blackrock.

El BCI fue innovador porque no solo transmitía señales neuronales desde el cerebro de Copeland a su brazo robótico, sino que también transmitía señales sensoriales desde el brazo hasta su cerebro. Este sistema bidireccional es más similar a cómo nuestras extremidades interactúan naturalmente con el entorno que nos rodea y permite a los pacientes realizar movimientos más fluidos.

Restauración de la audición

En septiembre de 2021, Blackrock anunció una inversión en un estudio clínico dirigido por la Universidad de Minnesota para un nuevo implante de nervio auditivo destinado a servir a un mercado potencial de aproximadamente 30 millones de estadounidenses con discapacidad auditiva para quienes los implantes cocleares no son una opción de tratamiento debido a variaciones anatómicas. en su cóclea, un hueso en forma de espiral en el oído interno que juega un papel clave en el sentido del oído.

A diferencia de los dispositivos cocleares tradicionales, este BCI implanta el conjunto de electrodos directamente en el nervio auditivo. “Este proceso no solo permite potencialmente mejoras auditivas significativas en un conjunto completamente nuevo de pacientes, sino que también podría mejorar la activación de la vía auditiva hacia el cerebro, lo que a su vez podría ayudar aún más a las personas a escuchar en entornos ruidosos como la música en vivo”. dijo Gerhardt.

Restauración de hablar y escribir

En el otro extremo de las capacidades de comunicación esenciales, los socios de investigación de Blackrock buscan abordar las funciones de hablar y escribir en pacientes con parálisis.

Un estudio asociado con la Universidad de California en San Francisco está probando un BCI de pensamiento a texto que puede decodificar las actividades de las neuronas en las áreas del habla del cerebro directamente en palabras, que luego se envían y muestran en una computadora.

Un proyecto separado asociado con la Universidad de Duke está estudiando si los pacientes pueden imaginarse vocalizando palabras. En ese caso, los pensamientos son traducidos por un algoritmo y enviados a un dispositivo que produciría una voz para ellos.

Gerhardt dijo que estos implantes podrían beneficiar enormemente a los pacientes de ELA con síndrome de "encerramiento", que han perdido la capacidad de comunicarse pero "todavía tienen el poder del cerebro a toda velocidad".

Avances en el aprendizaje automático

Descifrar los pensamientos de una persona en comandos complicados, como escribir y hablar, es una idea contemplada durante mucho tiempo por la comunidad neurocientífica. El progreso logrado por los equipos de UC San Francisco y Duke se debe en gran parte a los avances recientes en los algoritmos de conversión de voz en código.

El algoritmo de aprendizaje automático de voz a código, desarrollado en la Universidad de Stanford, cuenta con una velocidad máxima de 90 caracteres por minuto, que es 10 veces más rápido que los enfoques convencionales, como los dispositivos que rastrean los movimientos oculares, dijo Gerhardt, y una tasa de precisión de 94 por ciento Aumenta al 99 por ciento cuando una computadora corrige automáticamente el texto.

“Nuestro sueño es permitir que un paciente tetrapléjico controle las cosas que lo rodean, tal vez comunicarse y escribir un correo electrónico y, al mismo tiempo, esto es difícil, aceptar una llamada entrante de un amigo”, dijo Gerhardt. “E imagínense, cuando un ser querido les da un abrazo antes de salir de la habitación, realmente lo sentirían”.

Futuro de los implantes BCI

Por cualquier medida, BCI todavía tiene un largo camino hacia la aceptación regulatoria y comercial, y la tecnología no es perfecta. Sin embargo, Gerhardt no cree que deba ralentizar el esfuerzo por comercializar lo que ya se ha construido.

“Tal vez solo estemos trabajando en la 'siguiente mejor' tecnología, pero no permitamos que eso se interponga en el camino para lograr un impacto hoy”, dijo. “Casi una de cada seis personas en el mundo sufre de trastornos neurológicos. Ese es un costo de atención de la salud que supera con creces el cardio y el cáncer combinados.

“Creo firmemente que nuestra reserva sobre los implantes cerebrales se reducirá con el tiempo”, agregó. “Ya está sucediendo para la cardiología. Hace cuarenta años, si le preguntabas a alguien si está bien poner algo en tu corazón, la mayoría de la gente diría que estás loco. Hoy en día, un marcapasos es un tema protésico. Creo que veremos un desarrollo similar con los implantes cerebrales a medida que se vuelvan más frecuentes”.

Video: neuralink paralyzed