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La electrónica de la malla podía hacer estímulo del cerebro la nueva norma terapéutica

Los electrodos implantables del cerebro han estado alrededor desde hace bastante tiempo ahora, para diagnosticar y tratar condiciones neuropsiquiátricas como la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, una limitación de antenas convencionales es su talla y rigidez, comparadas al estado coherente suave, gelatinoso del cerebro.

Un nuevo trabajo de investigación ofrece una solución revolucionaria: engrane la electrónica, que permite electrónica personalizada que imita la forma, la talla y la textura de la neurona, que se creará para cualquier desorden cerebro-relacionado.

Un electrodo profundo tradicional del estímulo del cerebro (panel superior) provoca una inmunorespuesta en el cerebro mientras que no lo hace un interfaz electrónico de la malla (panel inferior). La talla y la rigidez del electrodo de DBS dan lugar a la inflamación crónica que causa marcar con una cicatriz glial entre el tejido cerebral y el electrodo, degradando el interfaz de los nervios. La electrónica de la malla evade la inmunorespuesta debido a las características celulares y subcelulares y a la rigidez de flexión que se asemeja al cerebro sí mismo. Cortesía de imagen de Shaun Patel y de Charles Lieber
Un electrodo profundo tradicional del estímulo del cerebro (panel superior) provoca una inmunorespuesta en el cerebro mientras que no lo hace un interfaz electrónico de la malla (panel inferior). La talla y la rigidez del electrodo de DBS dan lugar a la inflamación crónica que causa marcar con una cicatriz glial entre el tejido cerebral y el electrodo, degradando el interfaz de los nervios. La electrónica de la malla evade la inmunorespuesta debido a las características celulares y subcelulares y a la rigidez de flexión que se asemeja al cerebro sí mismo. Cortesía de imagen de Shaun Patel y de Charles Lieber

¿Por qué se necesitan los electrodos implantables?

Todos los neurólogos están de acuerdo que el asiento de la cognición es el cerebro, incluyendo el pensamiento, emociones, memoria, el juicio y la toma de decisión. Lo mismo se aplica a toda clase de desordenes del cerebro, según el investigador Shaun Patel. Patel llegó a estar interesado en este campo después de atestiguar un pulso de 500 ms de la electricidad que consultaba un riesgo-tomador impulsivo con la capacidad momentánea de tomar una decisión más segura, sin incluso saber ocurrió. El cambio del pensamiento cognoscitivo, es decir suceso abajo del nivel de conciencia.

Sin embargo, es difícil que los científicos tracen comportamientos a las neuronas específicas o las áreas del cerebro que son disfuncionales, aunque esto podría ayudar a descubrir dónde las enfermedades tales como apego, enfermedad de Alzheimer o de Parkinson originan. La terapia para estas condiciones se limita actualmente a las drogas y al estímulo eléctrico vía los electrodos implantables.

El tratamiento médico está sobre todo con las drogas neuroactivas como la L-dopa en la enfermedad de Parkinson, que calma los movimientos que tiemblan que hacen acciones voluntarias tan difíciles. Sin embargo, el lejos-objetivo o la inhibición no selectiva de las acciones de la L-dopa causa severo e incluso efectos secundarios inaceptables, sobre diversos sistemas de la carrocería, incluyendo náusea, la depresión o la arritmia.

La falla del tratamiento de la droga es una indicación para que la implantación del electrodo ofrezca el estímulo profundo del cerebro (DBS). Éstos trabajan enviando pulsos automatizados de la energía eléctrica a los implantes emparejados, cada uno sobre la talla de un lápiz, que es enorme en cuanto al cerebro. Estos electrodos aprobados por la FDA deben ser implantados mientras que el paciente puede despierto y conducir a los cirujanos durante su calibración de la intensidad actual requerida que parará los temblores.

Describiendo el efecto de DBS, las maravillas de Charles M. Lieber del investigador, “casi inmediatamente, usted puede ver a la persona recuperar el mando de sus limbos.” Sin embargo, estos electrodos no son muy a toda prueba tampoco, causando el estímulo inadvertido de otras áreas del cerebro a veces, que causa efectos nocivos que perturban tales como impedimentos de discurso. Apenas como malo, el cerebro tiene un sistema inmune activo y vigilante integrado por células neuroglial, que rompe eventual el funcionamiento eficiente del electrodo sofocándolo en una cubierta glial protectora. Esto puede también crecer tan grande en cuanto a mecánicamente influencia o aún matar a las neuronas vecinas. La vida limitada del dispositivo causada por el funcionamiento continuo innecesario, y la falta de reacción que obstaculice eficiencia operativa, son otras limitaciones. Mientras que muchos de éstos se están venciendo individualmente, el interfaz de los nervios rígido e impreciso es una restricción básica en progreso adicional.

Electrodos rígidos implantables comparado con electrónica de la malla

La rigidez creciente incluso de las antenas convencionales más suaves causa varios problemas: la inflamación crónica y la rigidez que marca con una cicatriz, desequilibrada que lleva a un movimiento de la antena y a la neurona lejos de uno a relativamente rápidamente, y obstaculiza la búsqueda de la misma neurona o circuito; y la antena sólida miente difícil en la superficie muy diferentemente dada forma del cerebro. Esta diferencia topológica activa las neuronas lejos de su lugar legítimo, mientras que también previene la reparación de conexiones sinápticas fragmentadas y ciega la libre circulación de substancias químicas en el ambiente del cerebro.

Neurona-como imitador (rojo) de la electrónica la forma, la talla, y la adaptabilidad de las neuronas (verde), permitiéndoles mantener simbiosis con el tejido cerebral nativo (haber: Xiao Yang, laboratorio de Lieber)
Neurona-como imitador (rojo) de la electrónica la forma, la talla, y la adaptabilidad de las neuronas (verde), permitiéndoles mantener simbiosis con el tejido cerebral nativo (haber: Xiao Yang, laboratorio de Lieber)

Aquí es donde Lieber ha diferenciado enorme con electrónica ultra-flexible de la malla, que prometen entregar lo que él llama “precisión remedio electrónico”. Éstos activan apenas una inmunorespuesta, pero siguen siendo muy cercanos a las células que se piensan para espiar conectado. Como tal, ofrecen una manera de obtener la información segura sobre la comunicación entre las neuronas individuales o su avería. Esto podía ayudar a aclarar diafonía entre los subconjuntos específicos de neuronas. Es también necesario si se va cualquier grado de regla exacta a ser logrado vía los circuitos de reacción, que requiere una transmisión bidireccional de la información a través del dispositivo de los nervios. Todo el esto podía producir un mapa más exacto y más detallado del conjunto de circuitos del cerebro. Esto podría potencialmente abierto la puerta al tratamiento acertado de cualquier desorden del cerebro.

Por otra parte, los electrodos de la malla de Lieber tienen una ventaja peculiar en su capacidad de conducir las neuronas que se convierten al lugar correcto, tal como áreas heridas como siguiente de un recorrido. Podrían potencialmente animar dirigieron la migración neuronal a la reconstrucción herida o degeneraron las áreas, e integran estas células en los circuitos correctos, usando pulsos sucesivos diferenciado modulados de la electricidad.

El riesgo - y el futuro

Lieber considera otros avances mente-que soplan: los electrodos especiales se podrían diseñar para ofrecer mando exacto sobre los limbos prostéticos o paralizados, y éste podría servir como un reemplazo eficiente para las conexiones dañadas del cerebro, así como autocalibration de la señal basada en la reacción viva. Él dice, “si usted podría obrar recíprocamente real de una manera exacta y a largo plazo y también ofrecer la información de reacción, usted podría comunicar realmente con el cerebro de la misma manera que el cerebro está comunicando dentro de sí mismo.”

Otros jugadores supuestos importantes en este campo incluyen Neuralink del almizcle de Elon, que tiene como objetivo el ayudar de pacientes paralizados ofreciendo un interfaz de la mente-computador así que pueden utilizar sus computadores; Facebook que está observando texting vía proyección de imagen de la palabra; y núcleo de Brian Johnson, que se centra en el aumento de capacidades cognoscitivas. Lieber acentúa que su deseo es ayudar a la gente que está enferma - e incluso prevenir la disminución envejecimiento-relacionada en memoria si es posible. Sin embargo, el mando ético estricto es obligatorio a fin de se emplee mal tal potencia de mente-alteración. Mientras que las ventajas son obvias, por ejemplo gente de ayuda venza el apego o el desorden obsesivo, la desventaja es igualmente llano - los pensamientos del paciente están abiertos puesto al escrutinio, a pesar de ser la plaza fuerte íntima de una persona. En segundo lugar, aumenta el riesgo de poner memoria, capacidad de aprendizaje y otros rasgos mentales deseables hacia arriba en venta, para la gente que quisiera aumentar su capacidad del cerebro.

Mientras tanto, los científicos como Lieber y Patel continúan refinar electrónica de la malla, aumentando el número de electrodos que puedan ser implantados, diseñando los sistemas de votos vivos para habilitar la recalibración contínua, y perfeccionando el tramitación de los datos voluminosos cerco por los electrodos. Impulsan una mezcla de disciplinas múltiples para ayudar al neurotechnology anticipado al punto donde abre brecha el límite de interfaz de la máquina-mente. Patel dice, “la frontera siguiente es realmente la combinación de la cognición humana con las máquinas.”

El papel fue publicado en la biotecnología de la naturaleza del gorrón el 2 de septiembre de 2019.

Journal reference:

Precision electronic medicine in the brain. Shaun R. Patel and Charles M. Lieber. Nature Biotechnology, September 2019, Vol 37, 1007–1012. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0234-8. https://www.nature.com/articles/s41587-019-0234-8

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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