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El dispositivo, llamado VARITA, funciona como un» marcapasos para el cerebro», monitorea la actividad eléctrica del cerebro y proporciona estimulación eléctrica si detecta algo que no está bien.

Estos dispositivos pueden ser extremadamente eficaces para prevenir temblores debilitantes o convulsiones en pacientes con una variedad de afecciones neurológicas. Pero las señales eléctricas que preceden a una convulsión o temblor pueden ser extremadamente sutiles, y la frecuencia y la fuerza de la estimulación eléctrica requerida para prevenirlas son igualmente delicadas. Los médicos pueden necesitar años de pequeños ajustes antes de que los dispositivos proporcionen un tratamiento óptimo.

VARITA, que significa dispositivo de neuromodulación inalámbrico sin artefactos, es inalámbrico y autónomo, lo que significa que una vez que aprende a reconocer los signos de temblor o convulsiones, puede ajustar los parámetros de estimulación por sí solo para evitar los movimientos no deseados. Y debido a que es de bucle cerrado, lo que significa que puede estimular y grabar simultáneamente, puede ajustar estos parámetros en tiempo real.

«El proceso de encontrar la terapia adecuada para un paciente es extremadamente costoso y puede llevar años. Una reducción significativa tanto en el costo como en la duración puede conducir potencialmente a resultados y accesibilidad mucho mejores», dijo Rikky Muller, profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en Berkeley. «Queremos permitir que el dispositivo descubra cuál es la mejor manera de estimular a un paciente determinado para que ofrezca los mejores resultados. Y solo se puede hacer escuchando y grabando las firmas neuronales.»

La varita puede registrar la actividad eléctrica en 128 canales, o desde 128 puntos en el cerebro, en comparación con ocho canales en otros sistemas de bucle cerrado. Para demostrar el dispositivo, el equipo utilizó una VARITA para reconocer y retrasar movimientos específicos del brazo en macacos rhesus. El dispositivo se describe en un estudio que apareció hoy (Dic. 31) Ingeniería Biomédica en la Naturaleza.

Ondas en un estanque

Estimular y registrar simultáneamente señales eléctricas en el cerebro es muy parecido a tratar de ver pequeñas ondas en un estanque mientras también salpicas tus pies: las señales eléctricas del cerebro se ven abrumadas por los grandes impulsos de electricidad entregados por la estimulación.

Actualmente, los estimuladores cerebrales profundos dejan de grabar mientras se administra la estimulación eléctrica, o graban en una parte diferente del cerebro desde donde se aplica la estimulación, esencialmente midiendo las pequeñas ondas en un punto diferente del estanque de las salpicaduras.

«Para ofrecer terapias basadas en estimulación de circuito cerrado, que es un gran objetivo para las personas que tratan el Parkinson y la epilepsia y una variedad de trastornos neurológicos, es muy importante realizar grabaciones neuronales y estimulación simultáneamente, lo que actualmente no hace un solo dispositivo comercial», dijo la ex asociada postdoctoral de UC Berkeley, Samantha Santacruz, que ahora es profesora asistente en la Universidad de Texas en Austin.

Investigadores de Cortera Neurotechnologies, Inc., dirigido por Rikky Muller, diseñó los circuitos integrados personalizados de VARITA que pueden grabar la señal completa tanto de las ondas cerebrales sutiles como de los fuertes pulsos eléctricos. Este diseño de chip permite a WAND restar la señal de los pulsos eléctricos, lo que resulta en una señal limpia de las ondas cerebrales.

Los dispositivos existentes están sintonizados para grabar señales solo de las ondas cerebrales más pequeñas y se ven abrumados por los pulsos de estimulación grandes, lo que hace que este tipo de reconstrucción de señal sea imposible.

«Debido a que en realidad podemos estimular y registrar en la misma región cerebral, sabemos exactamente lo que sucede cuando proporcionamos una terapia», dijo Muller.

En colaboración con el laboratorio de ingeniería eléctrica y el profesor de ciencias de la computación Jan Rabaey, el equipo construyó un dispositivo de plataforma con capacidades computacionales inalámbricas y de bucle cerrado que se puede programar para su uso en una variedad de aplicaciones clínicas y de investigación.

En experimentos liderados por Santacruz mientras cursaba un postdoctorado en UC Berkeley, y por el profesor de ingeniería eléctrica e informática José Carmena, se enseñó a los sujetos a usar un joystick para mover un cursor a un lugar específico. Después de un período de entrenamiento, el dispositivo de VARITA era capaz de detectar las firmas neuronales que surgieron a medida que los sujetos se preparaban para realizar el movimiento, y luego proporcionar estimulación eléctrica que retrasaba el movimiento.

«Si bien retrasar el tiempo de reacción es algo que se ha demostrado antes, esta es, que sepamos, la primera vez que se demuestra en un sistema de bucle cerrado basado en un registro neurológico solamente», dijo Muller.

«En el futuro, nuestro objetivo es incorporar el aprendizaje en nuestra plataforma de bucle cerrado para crear dispositivos inteligentes que puedan descubrir la mejor manera de tratarlo y evitar que el médico tenga que intervenir constantemente en este proceso», dijo Muller.