Técnica en fase temprana

Desarrollan pequeños sensores neuronales para interfaces cerebro-computadora

Las interfaces cerebro-computadora son muy prometedoras como tecnologías que cambian la vida de personas con una amplia variedad de afecciones.

Microimplantes inalámbricos (Foto. Nature Electronics)
Microimplantes inalámbricos (Foto. Nature Electronics)

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Ángel Jiménez Ángel Luis Jiménez

02.10.2021 - 00:30

Investigadores de la Universidad de Brown han desarrollado microimplantes inalámbricos que pueden funcionar como una red de sensores neuronales y estimuladores en el cerebro. El equipo de investigación ha denominado a su creación "neurogranos", destinados a ser implantados en el cerebro en grandes cantidades. Una vez introducidos, pueden transmitir datos a un centro de comunicación externo, en forma de un parche adherido al cuero cabelludo. Los investigadores esperan que los neurogranos puedan registrar la actividad cerebral de una gran cantidad de neuronas en el cerebro lo que permite una funcionalidad avanzada cuando se utilizan interfaces cerebro-computadora.

Las interfaces cerebro-computadora son muy prometedoras como tecnologías que cambian la vida de personas con una amplia variedad de afecciones. Sin embargo, la técnica está todavía en una etapa temprana y el diseño de sensores que puedan monitorizar de manera efectiva y segura la actividad cerebral tiene aún mucho que evolucionar. Parte del problema es la complejidad del cerebro ya que capturar esto usando un solo sensor o colocando suficientes sensores en su lugar es difícil. Estos investigadores recurrieron a la miniaturización como una forma de crear una multitud de pequeños sensores que pueden medir la actividad cerebral en numerosos lugares y de forma simultánea.

“Uno de los grandes desafíos en el campo de las interfaces cerebro-computadora es diseñar formas de sondear tantos puntos en el cerebro como sea posible”, explica Arto Nurmikko, un investigador involucrado en el estudio a través de un comunicado de la Universidad de Brown. “Hasta ahora, la mayoría de las interfaces cerebro-computadora han sido dispositivos monolíticos, un poco como pequeños lechos de agujas. La idea de nuestro equipo era dividir ese monolito en pequeños sensores que pudieran distribuirse por la corteza cerebral. Eso es lo que hemos podido demostrar aquí”.

Los neurogranos son diminutos chips de silicio del tamaño de un grano de sal. Llevarlos a este tamaño ha sido un desafío que requirió múltiples iteraciones de diseño asistido por computadora. Los neurogranos transmiten datos a un parche del tamaño de una huella digital adherido al cráneo y también son alimentados de forma inalámbrica por el parche. El parche actúa como un centro de comunicación, coordinando las señales de cada neurograno.

“Hasta ahora, la mayoría de las interfaces cerebro-computadora han sido dispositivos monolíticos, un poco como pequeños lechos de agujas. La idea de nuestro equipo era dividir ese monolito en pequeños sensores que pudieran distribuirse por la corteza cerebral. Eso es lo que hemos podido demostrar aquí”

“Este trabajo fue un verdadero desafío multidisciplinario”, señala Jihun Lee, otro investigador involucrado en el estudio. "Tuvimos que reunir experiencia en electromagnetismo, comunicación por radiofrecuencia, diseño de circuitos, fabricación y neurociencia para diseñar y operar el sistema de neurogranos".

“Fue un esfuerzo desafiante ya que el sistema exige transferencia de energía inalámbrica y redes simultáneas a una velocidad de megabits por segundo, y esto debe lograrse con un área de silicio y restricciones de energía extremadamente estrictas”, declara Vincent Leung, otro de los investigadores involucrado en el estudio. "Nuestro equipo empujó los límites de los implantes neuronales distribuidos".

Hasta ahora, los investigadores han probado los neurogranos en roedores y han colocado un total de 48 en la corteza cerebral de cada animal. Registraron con éxito datos neuronales. Sorprendentemente, los neurogranos también pueden proporcionar estimulación neuronal, lo que podría ser útil para modificar o restaurar la función cerebral en caso de enfermedad. 

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