Entender el funcionamiento del cerebro es un paso esencial para comprender el porqué de numerosas enfermedades neurológicas. La enfermedad de Parkinson, el alzhéimer o los trastornos depresivos mayores son algunos de los desafíos de la Neurología que, a día de hoy, aún mantienen muchas preguntas sin respuestas. Por este motivo, cada vez son más las investigaciones que se suceden para encontrar un sentido a estas patologías, algunas de ellas neurodegenerativas que limitan la calidad de vida de quienes las padecen de manera significativa.
El cerebro constituye una intrincada red tridimensional compuesta por neuronas que emiten y transmiten señales esenciales para la comunicación. Estas actividades neuronales y sus patrones de activación son cruciales para regular las funciones corporales, la conciencia y la formación de recuerdos. La comprensión de la electrofisiología neuronal y la conectividad funcional a nivel de red es esencial para investigaciones fundamentales sobre el tratamiento de estas patologías.
Los dispositivos electrónicos implantables son conocidos como sondas neuronales, diseñados para convertir las señales neuronales en señales electrónicas
Para abordar este desafío, una investigación de la Universidad Yonsei, en Seúl, ha estudiado los dispositivos electrónicos implantables conocidos como sondas neuronales, diseñados para convertir las señales neuronales en señales electrónicas y permitir un seguimiento preciso de las actividades neuronales en regiones cerebrales específicas. Los investigadores de este estudio, publicado en la revista Science Advances, han encontrado en los dispositivos de grabación neuronal inalámbricos un hito en el estudio de estas conexiones neuronales.
Hasta ahora, el uso de múltiples sondas neuronales conectadas a dispositivos de grabación externos a través de cables para estudiar el intrincado neuronal ha limitado la libertad de movimiento del sujeto. Por esto, los dispositivos de grabación neuronal inalámbricos se han vuelto indispensables para permitir movimientos y comportamientos más naturales. Además, la grabación neuronal inalámbrica puede mejorar la calidad de los datos al eliminar el ruido e interferencias causadas por los cables.
Dada la gran cantidad de datos neuronales que deben recopilarse, los investigadores han utilizado un sistema alimentado por baterías con un hardware ampliamente disponible. Sin embargo, las baterías actuales ocupan una gran parte del dispositivo y presentan riesgos de fuga de electrolitos y sobrecalentamiento, sostienen los expertos. Por esta razón, entre las limitaciones de estos dispositivos, los expertos aseguran que se requieren baterías que puedan adaptarse a superficies biológicas no planas y consistan en electrolitos biocompatibles de estado casi sólido para evitar fugas en interfaces neuronales inalámbricas.
“La impresión directa de baterías y electrónica auxiliar integrada con sondas neuronales blandas en el cráneo puede ser la clave para sistemas de registro neuronal personalizados y personalizables”
La integración de dispositivos electrónicos estirables ofrece ventajas al adaptarse a los contornos curvos del cuerpo y permitir la personalización de las configuraciones para cada individuo. “La impresión directa de baterías y electrónica auxiliar integrada con sondas neuronales blandas en el cráneo puede ser la clave para sistemas de registro neuronal personalizados y personalizables”, afirman los investigadores.
“Hemos creado un sistema electrónico imprimible con energía incorporada para grabación neuronal sin cables, diseñado para integrarse perfectamente en el cráneo de un sujeto vivo, manteniendo la integridad de la electrónica en el cuerpo biológico”, explican. Para ello, los expertos han utilizado una batería ZIMB impresa en 3D de estado casi sólido sobre la superficie no plana del cráneo, logrando una alta capacidad y peso ligero que reduce el estrés físico, según los resultados del estudio en ratones vivos, favoreciendo así sus comportamientos naturales. “Además, fabricamos sondas neuronales blandas con impresión de alta resolución de un metal líquido biocompatible y de bajo módulo, con tamaños adaptables para diversas profundidades y ubicaciones en el cerebro, minimizando la invasión”, añaden.
Estos avances permiten una grabación neuronal de alta calidad con una resolución espaciotemporal mejorada. Las nanoestructuras de platino en la superficie de las sondas reducen la impedancia del electrodo, mejorando la calidad de la señal. La integración monolítica de las sondas neuronales y las interconexiones de metal líquido en el cráneo permite una red neuronal inalámbrica totalmente integrada, junto con una batería ZIMB y una unidad de comunicación Wi-Fi. Todos estos componentes se colocan debajo de la piel y son efectivos para la grabación neuronal inalámbrica en vivo.
Este desarrollo es especialmente relevante en el campo de la neurociencia del comportamiento, donde se necesita recopilar datos neuronales de animales que se mueven libremente, como roedores, para estudiar comportamientos complejos. Estos estudios incluyen la comprensión de procesos como la toma de decisiones, las interacciones sociales y patologías como la enfermedad de Parkinson. “Este sistema de registro neuronal no solo permite un análisis preciso sin interferir con el comportamiento natural de los animales, sino que también sugiere posibilidades futuras para investigaciones en bioelectrónica implantable y neurociencia del comportamiento, promoviendo una mejor comprensión del cerebro y sus funciones”, concluyen los investigadores.