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Un equipo de científicos estadounidense ha desarrollado una interfaz cerebro-ordenador (BCI) de silicio del grosor de un cabello, que se puede implantar en el cerebro y que es capaz de transferir datos a altas velocidades. El dispositivo, afirman sus creadores, transformará la interacción entre humanos y ordenadores.
El BCI se podrá usar en el tratamiento de afecciones neurológicas como la epilepsia, lesiones medulares, ELA, accidentes cerebrovasculares y ceguera, ayudará a controlar las convulsiones y a restaurar las funciones motoras, del habla y visuales gracias a un diseño 'mínimamente invasivo' pero de alto rendimiento.
La interfaz usa un chip de silicio para establecer una conexión inalámbrica de gran ancho de banda entre el cerebro y un ordenador externo.
La plataforma se denomina Sistema de Interfaz Biológica con la Corteza (BISC) y ha sido desarrollada por investigadores de la Universidad de Columbia, el Hospital Presbiteriano de Nueva York, la Universidad de Stanford y la Universidad de Pensilvania.
El BCI incluye un único chip implantable que funciona como una 'estación repetidora' portátil, y el software personalizado necesario para que funcione el sistema, detallan los autores en un artículo en Nature Electronics.
"La mayoría de los sistemas implantables se construyen en torno a un contenedor de componentes electrónicos que ocupa un enorme volumen de espacio dentro del cuerpo", comenta Ken Shepard, ingeniero en la Universidad de Columbia, uno de los autores principales del trabajo.
"Nuestro implante es un único chip de circuito integrado tan fino que puede deslizarse en el espacio entre el cerebro y el cráneo, apoyándose en el cerebro como un trozo de papel de seda húmedo", detalla.
Que BISC esté formada por un solo chip "allana el camino para las neuroprótesis adaptativas y las interfaces cerebro-IA para tratar muchos trastornos neuropsiquiátricos, como la epilepsia", avanza Andrea Tolias, de la Universidad de Stanford y coautor del estudio.
"Este dispositivo de alta resolución y alto rendimiento de datos tiene el potencial de revolucionar el tratamiento de afecciones neurológicas, desde la epilepsia hasta la parálisis", afirma Brett Youngerman, de la Universidad de Columbia y colaborador clínico del proyecto.
Más pequeños, seguros y veloces
Las BCI son unas herramientas que, mediante sensores implantados en el cerebro, captan las señales eléctricas que las neuronas usan para transferir información por todo el cerebro y las convierten en acciones.
Las más avanzadas que se utilizan hoy en día en el ámbito médico están hechas con componentes microelectrónicos, como amplificadores, convertidores de datos, transmisores de radio y circuitos de gestión de energía.
Pero para que quepan todos estos elementos hay que implantar quirúrgicamente en el cuerpo un gran contenedor electrónico -extirpando una parte del cráneo o colocando el dispositivo en el pecho- y conectar los cables al cerebro.
BISC es distinta: todo el implante, que ocupa menos de una milésima parte del tamaño de un dispositivo convencional, es un único chip de circuito integrado de semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS) con un grosor de solo 50 micrómetros, como un cabello humano.
Con un volumen total de aproximadamente 3 mm³, el chip flexible se adapta a la superficie del cerebro pero integra 65.536 electrodos, 1.024 canales de registro simultáneo y 16.384 canales de estimulación.
El chip que se implanta incluye un transceptor de radio (un dispositivo que incluye un transmisor y un receptor), un circuito de alimentación inalámbrica, control digital, gestión de energía, conversión de datos y los circuitos analógicos necesarios para soportar las interfaces de registro y estimulación.
La estación repetidora es en sí misma un dispositivo WiFi 802.11, que en la práctica forma una conexión de red inalámbrica repetida desde cualquier ordenador al cerebro.
"Al integrar todo en una sola pieza de silicio, hemos demostrado cómo las interfaces cerebrales pueden ser más pequeñas, más seguras y mucho más potentes", afirma Shepard.
Para probar los métodos quirúrgicos e implantar el dispositivo de forma segura, los autores usaron modelos preclínicos y demostraron su calidad y estabilidad. Ahora se están haciendo estudios en pacientes humanos.
"Los implantes pueden insertarse a través de una incisión mínimamente invasiva en el cráneo y deslizarse directamente sobre la superficie del cerebro en el espacio subdural. Su forma delgada como el papel y la ausencia de electrodos que penetren en el cerebro o cables que unan el implante al cráneo minimizan la reactividad de los tejidos y la degradación de la señal con el tiempo", comenta Youngerman.
Para acelerar su aplicación a la práctica clínica, los equipos de Columbia y Stanford lanzaron Kampto Neurotech que está desarrollando versiones comerciales del chip para aplicaciones de investigación preclínica y recaudando fondos para avanzar en el sistema hacia su uso en humanos.
