La comunidad investigadora ha usado durante décadas guías de electrodos para detectar la actividad eléctrica en el cerebro, mapeando diferentes regiones para conocer sus señales cuando todo funciona correctamente así como cuando algo está fallando. A pesar de ello, hasta ahora estos electrodos tan solo han podido detectar la actividad por encima de cierto umbral de frecuencia. Una nueva tecnología supera esta limitación técnica, haciendo accesible el gran volumen de información que se encuentra por debajo de los 0,1 hercios (Hz), al mismo tiempo que facilita el diseño de futuras interfaces cerebro-ordenador.
Desarrollada en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC), el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2, un centro de BIST y CSIC) y el Ciber de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), y adaptado para poder utilizarse en el cerebro por el Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (Idibaps), esta tecnología deja atrás los electrodos clásicos y usa una innovadora arquitectura basada en transistores que amplifica las señales del cerebro in situ antes de transmitirlas al receptor.
Implante de grafeno.
Además, el uso de grafeno en la fabricación de esta nueva arquitectura significa que el implante resultante puede incorporar muchos más puntos de detección que una guía de electrodos estándar, al mismo tiempo que es suficientemente delgada y flexible como para poder aplicarse sobre grandes áreas del córtex sin producir rechazo o interferir en el funcionamiento normal del cerebro. El resultado es un mapeado sin precedentes de la actividad cerebral de baja frecuencia donde se encuentra información crucial sobre diferentes eventos que tienen lugar en el cerebro, como por ejemplo el inicio y progresión de un ataque epiléptico.
Para los neurólogos esto significa que tendrán por fin acceso a las señales más sutiles del cerebro. Matthew Walker, de la University College London y un especialista mundial en epilepsia clínica, ha afirmado que esta tecnología tiene el potencial de cambiar la forma en la que se mide y visualiza la actividad eléctrica del cerebro. Sus aplicaciones futuras ofrecerán un entendimiento sin precedentes sobre dónde y cómo empiezan y terminan los ataques, posibilitando nuevos acercamientos al diagnóstico y tratamiento de la epilepsia.
Más allá de la epilepsia el preciso mapeado e interacción con el cerebro tiene otras aplicaciones interesantes. Gracias a la capacidad de crear una matriz con un gran número de puntos de detección mediante la llamada estrategia de multiplexado, algunos de los autores del presente trabajo están adaptando también la tecnología para restablecer la capacidad de hablar y comunicarse en el marco del proyecto europeo BrainCom. Coordinado desde el ICN2, este proyecto aportará una nueva generación de interfaces cerebro-ordenador capaces de explorar y reparar funciones cognitivas complejas, con un especial interés por las pérdidas del habla causadas por lesiones cerebrales o de la médula espinal (afasia).
Los detalles de los avances tecnológicos (pendientes de patente) que han hecho posibles estos implantes pueden encontrarse en Nature Materials, con Eduard Masvidal Codina del IMB-CNM, CSIC como primer autor. La aportación de este instituto fue dirigida por Anton Guimerà Brunet, mientras que el profesor Icrea Jose A. Garrido dirigió los esfuerzos del ICN2. Los microtransistores de grafeno se adaptaron para la lectura de señales cerebrales y se testaron in vivo en el Idibaps, bajo la supervisión de la profesora Icrea Mavi Sánchez-Vives. Una técnica de imagen fue desarrollada en colaboración con ICFO, una aportación liderada por el profesor Icrea Turgut Durduran (ICFO es un centro de BIST). El trabajo conjunto que ha hecho todo esto posible ha sido cofinanciado por el Graphene Flagship y el proyecto BrainCom.
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