Los cyborgs ya no son ciencia ficción. El campo de las interfaces cerebro-máquina (BMI), que utilizan electrodos, a menudo implantado en el cerebro, traducir la información neuronal en comandos capaces de controlar sistemas externos como una computadora o un brazo robótico, en realidad han existido durante algún tiempo. La empresa del empresario Elon Musk, Neuralink, tiene como objetivo probar sus sistemas de IMC en un paciente humano para fines de 2020.

A largo plazo, Los dispositivos BMI pueden ayudar a monitorear y tratar los síntomas de los trastornos neurológicos y controlar las extremidades artificiales. Pero también podrían proporcionar un plan para diseñar inteligencia artificial e incluso permitir la comunicación directa de cerebro a cerebro. Sin embargo, Siendo por el momento, el principal desafío es desarrollar IMC que eviten dañar el tejido y las células cerebrales durante la implantación y la operación.

Los IMC han existido durante más de una década, ayudar a las personas que han perdido la capacidad de controlar sus extremidades, por ejemplo. Sin embargo, Los implantes convencionales, a menudo hechos de silicio, son órdenes de magnitud más rígidos que el tejido cerebral real, lo que conduce a grabaciones inestables y daño al tejido cerebral circundante.

También pueden provocar una respuesta inmunitaria en la que el cerebro rechaza el implante. Esto se debe a que nuestro cerebro humano es como una fortaleza protegida, y el sistema neuroinmune, como los soldados en esta fortaleza cerrada, protegerá las neuronas (células cerebrales) de los intrusos, como patógenos o IMC.

Dispositivos flexibles

Para evitar daños y respuestas inmunes, Los investigadores se centran cada vez más en el desarrollo del llamado "IMC flexible". Estos son mucho más suaves que los implantes de silicona y similares al tejido cerebral real.

Por ejemplo, Neuralink fabricó sus primeros "hilos" e insertador flexibles diseñados:diminutos, sondas en forma de hilo, que son mucho más flexibles que los implantes anteriores, para conectar un cerebro humano directamente a una computadora. Estos fueron diseñados para minimizar la posibilidad de que la respuesta inmune del cerebro rechace los electrodos después de la inserción durante la cirugía cerebral.

Mientras tanto, Investigadores del grupo Lieber de la Universidad de Harvard diseñaron recientemente una sonda de mini malla que se parece tanto a neuronas reales que el cerebro no puede identificar a los impostores. Estos componentes electrónicos bioinspirados consisten en electrodos de platino y alambres de oro ultrafinos encapsulados por un polímero con un tamaño y flexibilidad similares a los cuerpos de las células neuronales y las fibras nerviosas neurales.

La investigación en roedores ha demostrado que estas sondas similares a neuronas no provocan una respuesta inmune cuando se insertan en el cerebro. Pueden controlar tanto la función como la migración de las neuronas.

Moviéndose a las celdas

La mayoría de los IMC que se utilizan hoy en día captan señales eléctricas del cerebro que se filtran fuera de las neuronas. Si pensamos en la señal neuronal como un sonido generado dentro de una habitación, Por tanto, la forma actual de grabación es escuchar el sonido fuera de la habitación. Desafortunadamente, la intensidad de la señal se reduce en gran medida por el efecto de filtrado de la pared, las membranas neuronales.

Para lograr las lecturas funcionales más precisas con el fin de crear un mayor control de, por ejemplo, miembros artificiales, Los dispositivos de grabación electrónica deben tener acceso directo al interior de las neuronas. El método convencional más utilizado para esta grabación intracelular es el "electrodo de pinza de parche":un tubo de vidrio hueco lleno con una solución de electrolito y un electrodo de grabación que se pone en contacto con la membrana de una celda aislada. Pero una punta de un micrómetro causa un daño irreversible a las células. Y lo que es más, solo puede registrar unas pocas celdas a la vez.

Para abordar estos problemas, Recientemente, desarrollamos una matriz de transistores de nanocables tridimensionales en forma de horquilla y la usamos para leer las actividades eléctricas intracelulares de múltiples neuronas. En tono rimbombante, pudimos hacer esto sin ningún daño celular identificable. Nuestros nanocables son extremadamente delgados y flexibles, y se pueden doblar fácilmente en forma de horquilla:los transistores miden sólo unos 15x15x50 nanómetros. Si una neurona fuera del tamaño de una habitación, estos transistores serían del tamaño de una cerradura de puerta.

Recubierto con una sustancia que imita la sensación de una membrana celular, estos ultra pequeños, flexible, Las sondas de nanocables pueden atravesar las membranas celulares con un esfuerzo mínimo. Y pueden registrar la vibración intracelular con el mismo nivel de precisión que su mayor competidor:los electrodos de pinza de parche.

Claramente, estos avances son pasos importantes hacia IMC precisos y seguros que serán necesarios si alguna vez queremos lograr tareas complejas como la comunicación de cerebro a cerebro.

Puede sonar un poco aterrador, pero por último, si nuestros profesionales médicos quieren seguir entendiendo mejor nuestro cuerpo y ayudarnos a tratar enfermedades y vivir más tiempo, Es importante que sigamos ampliando los límites de la ciencia moderna para brindarles las mejores herramientas posibles para hacer su trabajo. Para que esto sea posible, una intersección mínimamente invasiva entre humanos y máquinas es inevitable.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.