Gert-Jan Oskam perdió la capacidad de caminar en 2011 cuando se lesionó la columna vertebral en un accidente de bicicleta en China. Seis años más tarde, el holandés logró dar algunos pasos cortos gracias a una pequeña serie de electrodos implantados en la parte superior de su médula espinal que emitieron pulsos de electricidad que estimulan los nervios. El dispositivo le permitió caminar, pero el proceso fue forzado y, a veces, frustrante.
Hoy en Naturalezaun equipo internacional de investigadores informa que le dieron a Oskam una solución mejor, una forma de cerrar digitalmente la brecha de comunicación entre su cerebro y la parte inferior del cuerpo. Las ondas cerebrales que indican el deseo de Oskam de caminar viajan desde un dispositivo implantado en su cráneo hasta el estimulador espinal, desviando la señal alrededor del tejido dañado y enviando pulsos de electricidad a la médula espinal para facilitar el movimiento. Oskam ahora puede caminar con más fluidez, sortear obstáculos y subir escaleras. “La estimulación antes me controlaba y ahora controlo la estimulación”, dice.
Esta nueva interfaz cerebro-columna también parece fomentar una mayor recuperación que la estimulación sola. Oskam, que conservó algunas conexiones de la médula espinal intactas después del accidente, también puede caminar con muletas incluso con ambos dispositivos apagados, algo que nunca antes había podido hacer.
La estimulación de la médula espinal y las interfaces cerebrales se han utilizado en el pasado, pero «nunca se han combinado de esta manera», dice Keith Tansey, neurólogo del Centro de Rehabilitación Metodista. “Desde la perspectiva de la ingeniería biomédica, es un verdadero tour de force”. Pero él y otros, incluidos los autores del estudio, enfatizan que es importante reconocer que el estudio es una prueba de concepto con un solo participante. Aún no está claro si las otras personas con lesiones de la médula espinal verán los mismos resultados.
Algunas lesiones paralizantes cortan por completo la médula espinal, pero más a menudo permanecen las conexiones dañadas entre el cerebro y la parte inferior del cuerpo. Durante décadas, los científicos han intentado encontrar formas de reparar estas vías nerviosas rotas.
El nuevo estudio se basa en el trabajo de Grégoire Courtine, neurocientífico del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana, y Jocelyne Bloch, neurocirujana de la Universidad de Lausana. En 2018, el dúo y sus colegas demostraron que estimulación espinal combinada con entrenamiento intensivo podría ayudar a las personas con parálisis parcial a caminar. Oskam fue uno de los primeros tres participantes en esa prueba, cada uno de los cuales retuvo algo de sensibilidad en la parte inferior del cuerpo. El año pasado, los investigadores informaron que la estimulación también funciona en personas con lesiones más graves que no tenían sensación ni movimiento en las piernas.
Pero la estimulación espinal tiene algunos inconvenientes. Para comenzar a caminar o ponerse de pie, el usuario debe provocar manualmente la señal, por ejemplo, presionando un botón. Oskam todavía podía levantar el talón después de su lesión, y un sensor en su pie podía detectar este pequeño movimiento, lanzando el estimulador. Después de eso, el movimiento inducido fue robótico y automático, no bajo el control consciente de Oskam. Por sí sola, la estimulación espinal es «un poco de titiritero», dice Dennis Bourbeau, ingeniero biomédico del Centro Médico de Asuntos de Veteranos Louis Stokes Cleveland e investigador del Sistema MetroHealth.
“Me sentía un poco estresado a cada paso”, dice Oskam. “Tenía que estar a tiempo con el ritmo, de lo contrario no daría un buen paso”. Y muchos de los movimientos que habrían sido útiles en la vida diaria (subir escaleras, por ejemplo) estaban fuera de su alcance.
El nuevo sistema tiene como objetivo hacer que el proceso sea más fluido. La interfaz del cerebro consta de dos conjuntos con 64 electrodos, cada uno incrustado en una caja de titanio. Estos se incrustan quirúrgicamente en el cráneo, uno a cada lado de la cabeza, donde se asientan sobre la corteza motora y capturan las señales eléctricas. Estas señales viajan de forma inalámbrica a un auricular y luego a una computadora portátil en una mochila que usa Oskam, donde un algoritmo decodifica su movimiento previsto. Luego, la computadora envía estas predicciones al estimulador, que emite diferentes patrones de pulsos eléctricos según el movimiento deseado. Combinar estos dispositivos no fue una tarea fácil porque «se supone que ninguno de estos sistemas debe comunicarse entre sí», dice An Do, neurólogo de la Universidad de California, Irvine.
El sistema actualizado de Oskam le permite controlar con mayor precisión las articulaciones de la cadera, la rodilla y el tobillo. Después de 40 sesiones de entrenamiento, puede pisar, caminar, pararse e incluso subir escaleras. Y los beneficios parecen persistir incluso cuando los dispositivos están apagados, lo que sugiere que las conexiones entre su cerebro y la parte inferior del cuerpo pueden haberse fortalecido.
“Todavía son los primeros días, pero como prueba de concepto en un ser humano, creo que es un gran paso adelante”, dice Nandan Lad, neurocirujano de la Universidad de Duke.
Michael Fehlings, neurocirujano de la Universidad de Toronto, dice que los resultados son impresionantes, pero aún no está claro qué personas con lesiones de la médula espinal podrían beneficiarse y cuánta función podrían recuperar. «Este es un n de 1, y es probable que el paciente sea seleccionado con mucho cuidado».
Y algunos pacientes pueden desanimarse por la invasividad de la terapia. La implantación de los dispositivos requiere una cirugía cerebral abierta, lo que conlleva riesgos. De hecho, uno de los implantes cerebrales de Oskam tuvo que ser retirado después de unos 6 meses debido a una infección por estafilococos.
Los investigadores dicen que sus próximos pasos serán hacer que la tecnología sea menos voluminosa. Bloch y Courtine cofundaron una empresa llamada Onward que planea desarrollar un sistema optimizado y totalmente integrado. El equipo también planea probar si la interfaz cerebro-columna puede ayudar a mejorar o restaurar el movimiento de la parte superior del cuerpo en pacientes con lesiones en la columna vertebral superior.
Fehlings está ansioso por ver cómo avanza la tecnología. “Es un reporte de caso muy interesante. Es una hermosa pieza de ingeniería”, dice. “Pero los resultados deben interpretarse con cautela”.
