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por Shelly Fan

Incluso para la California de alta tecnología, el hombre paseando por UCLA fue un espectáculo curioso.

Su traje de captura de movimiento, guantes con sensor incorporado y gafas de realidad virtual ya eran suficientes para llamar la atención. Pero lo que detuvo a la gente en seco y los hizo mirar fijamente fue un extraño casco, bien sujeto a su cabeza a través de un dispositivo similar a un gorro de baño incrustado con conectores de electrodos circulares. Varios cables elásticos brotaron del casco (imagina un disco duro portátil conectado a una caja de sirena de la policía) y desaparecieron en una mochila. La apariencia de medio cyborg oscilaba entre el futurismo de ciencia ficción y los Mad Libs de hardware.

Mo-DBRS
Mo-DBRS

Conozca Mo-DBRS, una configuración que podría cambiar fundamentalmente la forma en que decodificamos el cerebro humano.

Toda la plataforma es una quimera tecnológica que sincroniza grabaciones cerebrales, biomarcadores, captura de movimiento, seguimiento ocular y efectos visuales AR / VR . La mayoría de los componentes de procesamiento se guardan en una mochila, por lo que el usuario no está atado a una computadora “fija”. En cambio, pueden moverse y explorar libremente, ya sea en el mundo real o en la realidad virtual, algo que generalmente no es posible con la tecnología de escaneo cerebral como la resonancia magnética.

El movimiento puede parecer una adición trivial al escaneo cerebral, pero es un cambio de juego. Muchas de nuestras preciadas capacidades neuronales (memoria, toma de decisiones) se perfeccionan a medida que exploramos el mundo que nos rodea. Mo-DBRS proporciona una ventana a esos procesos cerebrales en un entorno natural, uno en el que no se le dice a la persona que se quede quieta mientras un imán gigante hace clic y golpea alrededor de su cabeza. A pesar de su apariencia no convencional, Mo-DBRS abre la puerta al análisis de señales cerebrales en humanos en entornos cercanos al mundo real, al mismo tiempo que tiene la capacidad de alterar esas señales cerebrales de forma inalámbrica con unos pocos toques en una tableta.

Todo el software personalizado que impulsa Mo-DBRS es de código abierto, por lo que los neurocientíficos pueden jugar y contribuir de inmediato a la plataforma. Sin embargo, debido a que la configuración se basa en voluntarios con electrodos implantados en el cerebro, actualmente solo se prueba en una pequeña cantidad de personas con epilepsia que ya tienen implantes neurales para ayudar a diagnosticar y prevenir sus convulsiones.

Publicado en Neuron la semana pasada, la respuesta de la comunidad de neurociencia en Twitter fue un unánime “¡Guau!” “Un trabajo fantástico”, escribió el Dr. Michael Okun, director médico de la Fundación de Parkinson . “Configuración muy impresionante”, tuiteó el Dr. Klaus Gramann, investigador en imágenes móviles de cerebro y cuerpo en Technische Universität Berlin.

“Soñé desde la escuela de posgrado de 1 día poder grabar desde regiones cerebrales profundas (como el hipocampo) en humanos durante la navegación espacial y el aprendizaje / memoria en experiencias naturalistas”, tuiteó la autora principal, la Dra. Nanthia Suthana en UCLA. “¡Mi equipo de laboratorio ha hecho realidad ese sueño!”

¿Y qué?

Mo-DBRS no es tan elegante como el implante cerebral de Neuralink . También está restringido a personas que ya tienen electrodos en el cerebro. ¿Así que cuál es el problema?

Todo. ¿Esos sueños de ciencia ficción de restaurar la memoria, revertir la parálisis, luchar contra la depresión, borrar el miedo y resolver la conciencia? Todos dependen de la captura y comprensión del código neuronal del cerebro humano, es decir, ¿cómo se convierten los disparos eléctricos en recuerdos, emociones y comportamiento? Desde el comienzo de la neurociencia moderna, esto se ha hecho utilizando electrodos implantados en ratones u otros animales de experimentación.

Tome la memoria, una capacidad cerebral que sienta las bases de quién es usted.

Hasta ahora, la investigación sobre la memoria se ha basado principalmente en roedores que corretean por los laberintos en busca de delicias. ¿Traducción aproximada? Esos experimentos nos simulan encontrar nuestros autos en un estacionamiento e identifican las ondas cerebrales detrás de esa memoria espacial. Al registrar las señales del hipocampo de los ratones, una estructura en forma de caballito de mar enterrada en lo profundo del cerebro, los científicos han establecido un marco de cómo funciona nuestra memoria: cómo una sola experiencia está vinculada a un tiempo y espacio, y cómo está vinculada una memoria preciosa. a nuestras emociones y reforzado.

¿El problema obvio? Los humanos no son ratones.

Para una función cerebral tan íntima como la memoria, es increíblemente difícil de extrapolar a partir de grabaciones cerebrales de roedores. Si bien los métodos tradicionales de obtención de imágenes cerebrales para humanos, como la resonancia magnética funcional (resonancia magnética funcional) o la magnetoencefalografía (MEG), pueden pintar una imagen estacionaria del cerebro mientras recuerda un lugar, a menudo reproducido en una pantalla de video, la configuración está lejos de ser “normal” en que la persona está completamente inmóvil.

Conoce a Mo-DBRS

Mo-DBRS busca toda una “lista de deseos” de necesidades de decodificación del cerebro: leer y escribir desde el cerebro humano en tiempo real, de forma inalámbrica, mientras la persona camina, y combinar grabaciones neuronales con frecuencia cardíaca, respiración y otros sensores de biomarcadores.

La inspiración provino de pacientes con epilepsia y otros trastornos neurológicos que ya tienen electrodos implantados en el cerebro y llevan una vida normal. “Hay más de 2.000 personas con dispositivos de estimulación y detección crónica … y se espera que el número aumente a medida que se demuestre el éxito de los tratamientos invasivos adicionales”, escribió el equipo. Estos dispositivos se implantan en regiones profundas del cerebro, las que controlan la memoria, las emociones y el movimiento. Con una planificación cuidadosa para evitar interferir con su tratamiento, razonaron los autores, es posible aprovechar estas grabaciones neuronales para decodificar directamente la actividad del cerebro humano en un entorno de la vida real, en lugar de depender de estudios con roedores o imágenes cerebrales inmóviles estilo MRI.

El corazón de la configuración de grabación y estimulación cerebral de Mo-DBRS es un dispositivo médico llamado NeuroPace, que a menudo se implanta dentro del cráneo para ayudar a los pacientes con epilepsia a controlar sus convulsiones. Piense en NeuroPace como un marcapasos para el cerebro. Puede “leer” las señales eléctricas del cerebro y “escribir” en el cerebro, utilizando pulsos eléctricos cortos para evitar que ocurra una tormenta eléctrica convulsiva. Sin embargo, al igual que una radio, muchos procesos cerebrales dependen de una determinada frecuencia. Al evitar las frecuencias que ayudan a controlar las convulsiones, el equipo pudo escuchar y controlar otros procesos cerebrales, como las señales eléctricas que se forman a medida que las personas exploran nuevos entornos. Los datos del dispositivo implantado se transfieren de forma inalámbrica a una “varita” hecha a medida (el extraño disco duro que parece una sirena de policía) atada a la parte exterior de la cabeza.

Usando una computadora Raspberry PI y una tableta, ambas almacenadas dentro de una mochila, que están conectadas a la varita, el equipo pudo programar de forma inalámbrica el implante neural para enviar pulsos eléctricos al cerebro. Al mismo tiempo, el equipo también agregó un electroencefalograma del cuero cabelludo, que mide las ondas eléctricas del cerebro a través de electrodos incrustados en un gorro que se usa en la cabeza como un gorro de natación. Este equipo de etiquetas tecnológico proporciona una explosión de datos neuronales, tanto desde dentro como desde fuera del cerebro.

Más allá del cerebro, el equipo equipó a los voluntarios con una correa para el pecho que detecta la frecuencia cardíaca, la respiración y la sudoración. Estos biomarcadores capturan las respuestas emocionales en torno a un recuerdo específico, lo que podría ayudar a comprender mejor cómo tienden a quedarse los recuerdos cargados de emociones . Para sincronizar todos los datos, el equipo agregó una “señal de marcado” artificial, un patrón eléctrico de aspecto extraño, en las grabaciones cerebrales para indicar el inicio de un experimento.

Todo el sistema pesa alrededor de nueve libras, con la mayoría de los componentes de procesamiento metidos dentro de una mochila. Una versión más liviana que pesa alrededor de una libra, llamada “Mo-DBRS Lite” también está lista para usarse, explicó el equipo, pero viene con la advertencia de una menor eficiencia en la sincronización con un mayor retraso en la lectura del cerebro.

Como prueba de concepto, Mo-DIBS se probó en siete voluntarios ya implantados con el sistema NeuroPace. Una persona caminó fácilmente por una habitación para mirar un letrero montado en la pared mientras se le seguían los ojos, la actividad cerebral y otros biomarcadores sin problemas. Agregue un componente de realidad virtual y es completamente posible recrear el clásico experimento de memoria de navegar por un laberinto; solo que esta vez, en lugar de roedores, los científicos están grabando directamente desde el cerebro humano, con el potencial de interrumpir esas señales y jugar con la memoria. .

Aunque Mo-DBRS se construye utilizando NeuroPace, la plataforma se puede integrar con otros implantes neuronales existentes, dijo el equipo. Todo el código del software es de código abierto para que los investigadores colaboren y amplíen.

“Hay mucho potencial aquí con la plataforma para comenzar a hacer preguntas que no habíamos podido hacer antes en neurociencia, porque hemos estado limitados por la inmovilidad de nuestros participantes”, dijo Suthana. “Podemos comenzar a explorar terapias novedosas que involucran neuroestimulación y [comprender] los mecanismos neuronales que están involucrados en este tipo de tratamientos”.

Haber de imagen: christitzeimaging.com  /  Shutterstock.com

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