Michel Roccati nunca pensó que volvería a caminar, y mucho menos a nadar, andar en bicicleta o remar en kayak. Un aterrador choque de motocicletas en 2017 dañó su médula espinal, dejándolo completamente paralizado de la cintura para abajo.
Sin embargo, en un día frío y nevado de diciembre pasado en Lausana, Suiza, dio su primer paso afuera, con la ayuda de un andador, desde su accidente. ¿Su ayuda? Un nuevo implante de médula espinal que une las señales del cerebro a los músculos inferiores, saltando sobre las partes dañadas para restaurar el movimiento. Todo lo que tomó fue un día de estimulación.
“Los primeros pasos fueron increíbles, ¡un sueño hecho realidad!” él dijo.
Michel es parte de un ensayo más amplio de un nuevo implante de médula espinal personalizado. Inventado por el Dr. Gregoire Courtine y sus colegas del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana (EPFL), el implante es el primero en imitar específicamente las señales eléctricas del cerebro para controlar el movimiento de la parte inferior del cuerpo.
“Nuestros algoritmos de estimulación aún se basan en la imitación de la naturaleza”, dijo Courtine.
A diferencia de los estimuladores de la médula espinal anteriores, los electrodos implantados se colocan directamente sobre la médula espinal, lo que permite el acceso a diferentes neuronas que controlan los grupos musculares de la parte inferior del cuerpo. Con la ayuda de una tableta, los implantes se pueden ajustar para soportar una actividad determinada (pararse, caminar, nadar, andar en bicicleta), lo que permite a las personas estimular las neuronas de la médula espinal como las teclas de un piano.
Funcionó como magia. En cuestión de meses, Michel y otros dos hombres con parálisis total pudieron recorrer las calles de Lausana en un andador tipo Segway.
“Es realmente emocionante”, dijo a Nature la Dra. Megan Gill de la Clínica Mayo, que trabaja en dispositivos de estimulación eléctrica pero no participó en el estudio.
Zap espinal
Courtine no es ajena a la estimulación de la médula espinal. En 2018, su equipo, que trabajaba con la Dra. Jocelyne Bloch, neurocirujana y colaboradora de mucho tiempo, deslumbró al campo con un estimulador que permitió que un hombre paralítico se levantara de su silla de ruedas y diera un paso.
En las lesiones de la médula espinal, las líneas telefónicas entre el cerebro y los grupos musculares se cortan, lo que bloquea el flujo de datos. Sin nervios intactos, los músculos carecen de guía para traducir la intención del movimiento en contracciones musculares coordinadas reales. La lesión también destruye la sensibilidad, lo que provoca una parálisis que suele ser irreversible.
Pero al igual que las orillas de un puente derrumbado, la infraestructura neuronal debajo del área dañada generalmente permanece intacta. Al estimular artificialmente estas células nerviosas, puede ser posible recrear las señales eléctricas que gobiernan nuestros músculos.
Tres décadas de investigación han encontrado que la estimulación puede "restaurar el caminar" después de una lesión de la médula espinal, dijeron los autores. Pero estos siguen siendo pruebas de concepto, y han tenido problemas para devolver a las personas paralizadas sus funciones motoras cotidianas o ayudar a la recuperación.
El equipo quería lograr ambas cosas. Para el estudio, publicado en Nature Medicine, comenzaron con un estimulador existente que generalmente se usa para tratar el dolor crónico, pero pronto se encontraron con un obstáculo. Los estimuladores, aunque bien probados, no eran lo suficientemente específicos.
En cambio, el equipo rediseñó los cables de los electrodos. Fabricaron paletas, cada una dispuesta con 16 electrodos que apuntan específicamente a partes de la médula espinal que controlan los movimientos de las piernas y la parte inferior del tronco. Encontrar dónde colocar los electrodos de manera óptima fue otro desafío. El equipo tomó imágenes de la médula espinal y las células nerviosas de 27 voluntarios sanos y construyó una médula espinal "promedio". A continuación, utilizando un programa de simulación por computadora (con el impresionante nombre Sim4Life), trazaron un mapa de las ubicaciones de los electrodos que estimulan de manera óptima los objetivos nerviosos clave para el movimiento de la parte inferior del cuerpo.
Movimiento Programable
Luego vino el desafío del software.
El equipo se opuso a la convención habitual, pero mucho más fácil, de estimulación constante, ya que el patrón se aleja de las señales neurobiológicas naturales. Más bien, decidieron programar diferentes patrones de estimulación para ayudar a diversas actividades.
Estudios previos han encontrado que diferentes actividades reclutan haces específicos de fibras nerviosas de una parte de la médula espinal llamada raíz dorsal. Al igual que las recetas de cocina, estos conjuntos pueden activar diferentes "recetas" motoras. Al jugar con el tiempo y la secuencia de estimulación, es posible imitar la neurobiología del movimiento cuando se destruye el hardware biológico original.
Una vez que el implante estuvo en su lugar, cerca de la parte inferior de la espalda y el coxis, el equipo lo conectó a un dispositivo de Medtronic dentro del abdomen. Aprobado por la FDA, el dispositivo se usa generalmente para la estimulación cerebral profunda, pero se cooptó aquí para ayudar a los participantes a controlar la estimulación a voluntad. Agregue una tableta y un simple clicker, y podrían cambiar fácilmente entre diferentes patrones de estimulación para apoyar una actividad: pararse, caminar, nadar, etc. La configuración tomó solo una hora.
Los resultados fueron casi inmediatos.
En un día, los participantes podían dar algunos pasos de forma independiente en la caminadora con soporte de peso corporal. A los tres días mejoró la marcha y caminaba sobre suelo normal, también con apoyo. Dos de cada tres participantes, que anteriormente no tenían control sobre sus piernas, pudieron cambiar la longitud de su paso cuando se les pidió que lo hicieran, lo que demuestra que el dispositivo unió sus cerebros e intenciones con el movimiento real.
En total, caminaron más de 300 pasos independientes en solo el primer día de estimulación.
Todo un nuevo mundo de movimiento
Después de cinco meses, "el rendimiento mejoró drásticamente", dijeron los autores. Las tres personas pudieron sostener su propio peso, de pie de forma independiente en su vida diaria. Con la ayuda de un andador, podían caminar fácilmente durante seis minutos sin ninguna otra ayuda. Michel incluso pudo subir escaleras con un apoyo mínimo.
El trío celebró su nueva libertad. Con el estimulador ayudando con la posición del tronco, también conocida como "fuerza central" y postura, pudieron disfrutar de la vida cotidiana. De pie mientras toma una copa en un bar. Remando un kayak en un lago. Dando una vuelta en la piscina.
La estimulación ayudó aún más con la recuperación muscular. Los tres hombres encontraron un aumento en la masa muscular de sus piernas y tronco, y dos finalmente pudieron controlar algunas funciones musculares incluso sin estimulación.
Los resultados, aunque fascinantes, siguen siendo preliminares. Courtine y la neurocirujana colaboradora, la Dra. Jocelyne Bloch, sueñan con una "biblioteca" de electrodos para tratar las lesiones de la médula espinal en diferentes niveles anatómicos y de lesiones.
Para el Dr. Reggie Edgerton, especialista en el campo, el trabajo "no tiene precedentes" en el sentido de que combina implantes de primera línea con neurobiología y una pizca de intuición e ingenio. “La capacidad de integrar todas estas tecnologías avanzadas en un sujeto humano durante un período de meses es única e impresionante”, dijo. Esto les dará a las personas con lesiones de la médula espinal “razones para tener mucha esperanza”.
Los resultados son solo el primer vistazo de un estudio más amplio. El equipo se apresuró a señalar que los participantes no recuperaron por completo los movimientos naturales. Su modo de andar, incluso con la práctica, seguía siendo torpe. El implante requiere cirugía de la médula espinal, un procedimiento técnicamente desafiante que limita la cantidad de neurocirujanos capacitados y puede tener un alto precio.
El equipo ya está planificando los próximos pasos, por ejemplo, permitir que las personas controlen directamente el implante desde un reloj inteligente o un teléfono. Debido a que diversos programas motores dependen de diferentes algoritmos de estimulación, el equipo también está aprovechando la inteligencia artificial y la computación basada en la nube para desarrollar "recetas" de estimulación adicionales.
En cuanto a Michel, está disfrutando de la vida. Después de nueve meses en Lausana, ahora está feliz de regreso a casa. “He pasado por un entrenamiento bastante intenso en los últimos meses y me he fijado una serie de objetivos”, dijo. Pero lo más emotivo para él, dijo, es que “veo la mejora todos los días”.
Fuente: www.singularityhub.com
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