Los investigadores demuestran un estimulador cerebral en miniatura en humanos

Los ingenieros de la Universidad Rice han desarrollado el estimulador cerebral implantable más pequeño demostrado en un paciente humano. Gracias a la tecnología pionera de transferencia de energía magnetoeléctrica, el dispositivo del tamaño de un guisante desarrollado en el laboratorio Rice de Jacob Robinson en colaboración con Motif Neurotech y los médicos Dr. Sameer Sheth y Dr. Sunil Sheth puede alimentarse de forma inalámbrica a través de un transmisor externo y usarse para estimular el cerebro a través de la duramadre, la membrana protectora adherida a la parte inferior del cráneo.

El dispositivo, conocido como Terapéutico Sobrecerebro Digitalmente programable (DOT), podría revolucionar el tratamiento de la depresión resistente a los medicamentos y otros trastornos psiquiátricos o neurológicos al proporcionar una alternativa terapéutica que ofrece mayor autonomía y accesibilidad al paciente que las terapias actuales basadas en neuroestimulación y es menos invasivo que otras interfaces cerebro-computadora (BCI).

«En este papel «Mostramos que nuestro dispositivo, del tamaño de un guisante, puede activar la corteza motora, lo que hace que el paciente mueva la mano», dijo Robinson, profesor de ingeniería eléctrica e informática y de bioingeniería en Rice. «En el futuro, «Puede colocar el implante encima de otras partes del cerebro, como la corteza prefrontal, donde esperamos mejorar el funcionamiento ejecutivo en personas con depresión u otros trastornos».

Las tecnologías implantables existentes para la estimulación cerebral funcionan con baterías relativamente grandes que deben colocarse debajo de la piel en otras partes del cuerpo y conectarse al dispositivo de estimulación mediante cables largos. Estas limitaciones de diseño requieren más cirugía y someten al individuo a una mayor carga de implantación de hardware, riesgos de rotura o falla del cable y la necesidad de futuras cirugías de reemplazo de baterías.

«Eliminamos la necesidad de una batería alimentando el dispositivo de forma inalámbrica mediante un transmisor externo», explicó Joshua Woods, estudiante graduado en ingeniería eléctrica en el laboratorio Robinson y autor principal del estudio publicado en Avances científicos. Amanda Singer, ex estudiante de posgrado del programa de física aplicada de Rice que ahora trabaja en Motif Neurotech, también es la autora principal.

La tecnología se basa en un material que convierte los campos magnéticos en pulsos eléctricos. Este proceso de conversión es muy eficiente a pequeña escala y tiene buena tolerancia a la desalineación, lo que significa que no requiere maniobras complejas o minuciosas para activarlo y controlarlo. El dispositivo tiene un ancho de 9 milímetros y puede entregar 14,5 voltios de estimulación.

«Nuestro implante obtiene toda su energía a través de este efecto magnetoeléctrico», dijo Robinson, fundador y director ejecutivo de Motif, una startup que trabaja para llevar el dispositivo al mercado. «La física de esa transferencia de energía la hace mucho más eficiente que cualquier otra tecnología de transferencia de energía inalámbrica en estas condiciones».

Motif es una de varias empresas de neurotecnología que están investigando el potencial de las BCI para revolucionar los tratamientos para los trastornos neurológicos.

«La neuroestimulación es clave para permitir terapias en el ámbito de la salud mental, donde los efectos secundarios de los medicamentos y la falta de eficacia dejan a muchas personas sin opciones de tratamiento adecuadas», afirmó Robinson.

Los investigadores probaron el dispositivo temporalmente en un paciente humano, usándolo para estimular la corteza motora (la parte del cerebro responsable del movimiento) y generando una respuesta al movimiento de la mano. Luego mostraron que el dispositivo interactúa con el cerebro de manera estable durante 30 días en cerdos.

«Esto no se había hecho antes porque la calidad y la intensidad de la señal necesaria para estimular el cerebro a través de la duramadre eran anteriormente imposibles con la transferencia de energía inalámbrica para implantes tan pequeños», dijo Woods.

Robinson imagina que la tecnología se utilizará desde la comodidad del hogar. Un médico prescribiría el tratamiento y proporcionaría pautas para usar el dispositivo, pero los pacientes conservarían el control total sobre cómo se administra el tratamiento.

«En casa, el paciente se ponía su sombrero o dispositivo portátil y se comunicaba con el implante, presionaba 'ir' en su iPhone o su reloj inteligente y luego la estimulación eléctrica de ese implante activaba una red neuronal dentro del cerebro», Robinson dicho.

La implantación requeriría un procedimiento mínimamente invasivo de 30 minutos que colocaría el dispositivo en el hueso sobre el cerebro. Tanto el implante como la incisión serían prácticamente invisibles y el paciente volvería a casa el mismo día.

«Cuando se piensa en un marcapasos, es una parte muy rutinaria de la atención cardíaca», dijo Sheth, profesor y vicepresidente de investigación, McNair Scholar y catedrático de neurocirugía de la Fundación Cullen en la Facultad de Medicina de Baylor. «En los trastornos neurológicos y psiquiátricos, el equivalente es la estimulación cerebral profunda (DBS), que suena aterradora e invasiva. La DBS es en realidad un procedimiento bastante seguro, pero sigue siendo una cirugía cerebral, y su riesgo percibido pondrá un límite muy bajo al número Aquí es donde entran en juego tecnologías como esta. Es mucho más probable que se tolere un procedimiento menor de 30 minutos que es poco más que una cirugía de la piel, realizado en un centro quirúrgico ambulatorio. que la DBS, por lo que si podemos demostrar que es tan efectiva como alternativas más invasivas, esta terapia probablemente tendrá un impacto mucho mayor en la salud mental».

Para algunas afecciones, como la epilepsia, es posible que sea necesario que el dispositivo esté encendido permanentemente o la mayor parte del tiempo, pero para trastornos como la depresión y el TOC, un régimen de sólo unos minutos de estimulación al día podría ser suficiente para lograr los cambios deseados. en el funcionamiento de la red neuronal objetivo.

En términos de los próximos pasos, Robinson dijo que en el lado de la investigación está «realmente interesado en la idea de crear redes de implantes y crear implantes que puedan estimular y registrar, para que puedan proporcionar terapias adaptativas personalizadas basadas en sus propias firmas cerebrales». » Desde el punto de vista del desarrollo terapéutico, Motif Neurotech está en proceso de buscar la aprobación de la FDA para un ensayo clínico a largo plazo en humanos. Los pacientes y cuidadores pueden registrarse en el Sitio web de Motif Neurotech para saber cuándo y dónde comenzarán estos juicios.