Interfaces profundas cerebro-máquina: detección y modulación del cerebro profundo humano

La interfaz cerebro-máquina (BMI, también conocida como interfaz cerebro-computadora) proporciona una nueva dimensión para que los humanos interactúen con las máquinas y el medio ambiente. Las interfaces cerebro-máquina ayudan a restaurar o mejorar las funciones físicas o mentales humanas. En un artículo publicado recientemente en Revista Nacional de Cienciaslos científicos investigaron una variedad de tecnologías para interactuar con el cerebro en diferentes niveles.

La corteza cerebral ha sido durante mucho tiempo el objetivo de investigación de los estudios de interfaz cerebro-máquina. Al registrar la actividad neuronal en múltiples regiones corticales para comprender la intención humana, los investigadores pueden permitir que los pacientes paralizados controlen brazos robóticos y prótesis, así como ayudar a las personas discapacitadas a comunicarse de manera efectiva.

Las interfaces cerebro-computadora convencionales nos permiten decodificar señales sensoriales y motoras, como respuestas visuales, movimientos de manos y habla en un entorno de laboratorio restringido. Sin embargo, todavía es un desafío aplicar estas tecnologías a la vida cotidiana.

Las regiones profundas del cerebro están muy involucradas en las funciones básicas de la vida. Es necesario investigar las funciones cerebrales profundas para lograr una mejor comprensión de cómo funciona el cerebro. Las regiones cerebrales subcorticales son los principales objetivos de la neuromodulación invasiva y la neuroterapia clínica.

Las anomalías estructurales y funcionales del cerebro profundo humano se observan en una variedad de trastornos neurológicos y psiquiátricos, que incluyen la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, la depresión y el trastorno obsesivo-compulsivo. Las interfaces de máquina del cerebro profundo se centran en comprender y modular las actividades neuronales en las regiones cerebrales profundas. Es un campo de investigación emergente con un gran potencial para aplicaciones clínicas.

Además de grabar y decodificar, las interfaces de máquinas cerebrales profundas también pueden modular estados patológicos del cerebro mediante la entrega de estímulos terapéuticos. La tecnología DBMI avanzada está diseñada para registrar y decodificar la actividad neuronal profunda con alta resolución espaciotemporal y configurar de manera eficiente los parámetros de estimulación para una modulación precisa de los estados cerebrales. El desarrollo de DBMI con eficacia a largo plazo sigue siendo un desafío debido a nuestra comprensión limitada de los mecanismos, incluida la plasticidad y las adaptaciones del sistema nervioso central.

Dado que el sistema nervioso transmite información principalmente a través de señales eléctricas, las interfaces cerebro-computadora mediadas por señales eléctricas han atraído el mayor interés de investigación en este campo. El artículo describe las tecnologías actuales de interfaz cerebro-computadora basadas en la actividad eléctrica neuronal disponibles para los humanos y las aplicaciones para detectar y modular la actividad cerebral.

Los autores presentan dos sistemas de interfaz cerebral profunda ampliamente utilizados, la estimulación cerebral profunda (DBS) y la electroencefalografía estereotáctica (sEEG), con especial atención a los últimos avances tecnológicos y aplicaciones clínicas. Se aborda el potencial de DBMI para ser utilizado como poderosas plataformas de investigación del cerebro y su utilidad terapéutica. El documento también analiza el marco de control de circuito cerrado de los sistemas DBMI y el desarrollo de la tecnología de interfaz de cerebro profundo de circuito cerrado para aplicaciones clínicas.