Els científics descobreixen com "tallar el cervell" sense recórrer a la cirurgia

Una gran quantitat de ciències legítimes, a més de tot un munt de ciència-ficció, parla de maneres de "piratejar el cervell". El que això significa realment, la majoria de les vegades, fins i tot en els exemples ficticis, implica la cirurgia, obrint el crani per implantar cables o dispositius físicament al cervell.

Però això és difícil, perillós i potencialment mortal. Seria més intel·ligent treballar amb el cervell sense necessitat d’obrir els cranis dels pacients. Els trastorns neurològics són comuns, afectant a més de mil milions de persones a tot el món, de totes les edats, gèneres i nivells educatius i d'ingressos. La investigació del meu equip d’enginyeria neuronal, com a part d’un esforç més ampli en tota la disciplina de la bioenginyeria, està treballant per entendre i alleujar diverses disfuncions neurològiques, com l’esclerosi múltiple, el trastorn de l’espectre de l’autisme i la malaltia d’Alzheimer.

També us pot agradar: el vídeo mostra l’agulla cerebral que està sent provada en humans

La identificació i la influència de l’activitat cerebral des de fora del crani podrien permetre als metges diagnosticar i tractar una àmplia gamma de malalties del sistema nerviós i de trastorns mentals debilitants sense cirurgia invasiva.

Vegeu també: Invertir la pèrdua de memòria podria ser possible amb l'ús de "molècules terapèutiques"

Connexions sense fils dins del cervell

El meu grup creu que som els primers que hem descobert una nova manera de comunicar les cèl·lules nervioses. Els nervis es coneixen per connectar-se a través d'enllaços físics –o el que es podrien anomenar connexions “cablejades”, en què els axons d'una cèl·lula nerviosa envien senyals elèctrics i químics a les dendrites d'una cèl·lula veïna.

La nostra investigació ha descobert que les cèl·lules nervioses també es comuniquen de forma inalàmbrica mitjançant l’ús de l’activitat per cable per crear petits camps elèctrics propis i que detecten els camps que creen les cèl·lules veïnes. Això crea la possibilitat de moltes més vies neuronals i pot ajudar a explicar per què diferents parts del cervell es connecten tan ràpidament durant l'execució de tasques complicades.

Hem estat capaços de controlar aquests camps elèctrics de fora del crani, escoltant eficaçment les comunicacions nervioses. Esperem que ens ajudi a trobar connexions saludables i alternatives per als nervis danyats per l’esclerosi múltiple o la reequilibració de l’activitat nerviosa a causa del trastorn de l’espectre de l’autisme o les neurones primàries per disparar junts en patrons específics i restaurar els records a llarg termini perduts com a conseqüència de la malaltia d’Alzheimer..

Concretament, hem trobat quan una fibra nerviosa aïllada o mielinitzada al cervell és activa i envia senyals al llarg de la seva longitud conegudes com a potencials d’acció, regions especials al llarg de la seva longitud generen un camp elèctric molt petit. Les regions cel·lulars on això passa, anomenades nodes de Ranvier, actuen com a petites antenes que poden transmetre i rebre senyals elèctrics.

Qualsevol interrupció de les dues estructures altament especialitzades - la beina de mielina o el node de Ranvier - no només produeix disfuncions neurològiques, sinó que també canvia el camp elèctric circumdant.

Escoltar els nervis

El repte tecnològic consisteix a orientar precisament parts específiques del cervell per escoltar-les. El dispositiu ha de rebre senyals procedents d’àrees aproximadament el diàmetre d’un cabell humà, de diversos centímetres de profunditat al cervell.

Una manera és col·locar un petit nombre de pegats d’antena flexible al crani per crear el que anomenem “lent de cervell”. La comparació de lectures de diversos pegats ens permet orientar electrònicament els nervis per escoltar-los. Estem dissenyant i experimentant amb metamaterials: materials dissenyats a nivell molecular, que són especialment bons per servir com a antenes d'alta precisió que es poden sintonitzar per rebre senyals de llocs molt específics.

Sense dolor, però potencialment gran guany

Si escolteu comunicacions sense fils entre nervis, podem identificar àrees del cervell on els camps elèctrics indiquen que hi ha problemes. Les característiques detallades de l’activitat d'un nervi –o la manca d’activitat– poden oferir pistes sobre quins problemes específics es produeixen al cervell. Aquests resultats podrien ajudar a diagnosticar condicions mèdiques potencials amb molta més facilitat que els mètodes actuals.

Mireu, per exemple, en el cas real d’un pacient, una dona de 38 anys que anomenem "Bianca", que ha estat diagnosticada d’esclerosi múltiple, una malaltia degenerativa del cervell i de la medul·la espinal que no té cura coneguda.. El sistema immunitari dels pacients amb esclerosi múltiple danya la vaina de mielina entre els nodes de Ranvier, causant problemes de comunicació entre el cervell i la resta del cos. Aquest dany altera radicalment l’activitat dels nervis afectats.

Per controlar el progrés de la seva malaltia, Bianca ha tingut aixetes de columna vertebral per veure si el seu líquid espinal té nivells elevats d’anticossos particulars associats a la EM. També ha tingut exploracions de ressonància magnètica per revelar les àrees del seu cervell on la mielina està danyada, i s'enfrontarà a proves addicionals per determinar la velocitat de la informació que travessa el seu sistema nerviós.

L’ús d’un dispositiu de lents del cervell permetria als metges controlar el cervell de Bianca sense necessitat d’avions de columna dolorosa i de ressonàncies i ressonàncies magnètiques i de tomografia computacionals incòmodes. Pot ser que algun dia Bianca pugui supervisar el seu propi cervell i enviar les dades al seu especialista per a la seva avaluació.

Tractament terapèutic sense medicaments i cirurgia

A més, esperem que el nostre enfocament pugui donar lloc a noves teràpies que també siguin més fàcils per als pacients. De moment, Bianca està prenent diversos medicaments que comporten riscos significatius per a la salut i que sovint la fan sentir nàutica i fatigada. És una de moltes, que volen provar una opció de teràpia diferent.

Aquest treball té previst anar més enllà de la identificació de les regions del seu cervell on els camps elèctrics indiquen condicions no saludables. Inspirat en la gestió de xarxes informàtiques i en xarxes digitals avançades, que dirigeixen senyals al voltant d’àrees danyades o interrompudes, estem desenvolupant un mètode pel qual el nostre sistema de pegats de cuir cabellut també pot enviar missatges al cervell.

Vegeu també: Una interfície cervell-ordinador pot traduir pensaments simples en el discurs

Cada fibra nerviosa danyada és generalment una de les mileres que s’embalen en un tros de fibres nervioses on les fibres nervioses veïnes normalment són sanes. El nostre dispositiu podria ajudar a identificar llocs amb danys a la mielina i seguir aquestes fibres nervioses abans del punt de dany, per recollir els seus senyals intactes. Llavors utilitzaríem la lent del cervell per transmetre camps elèctrics complementaris al cervell, enviant aquests senyals saludables a les zones al voltant del dany de la mielina, per encoratjar les fibres nervioses veïnes a portar els missatges que la fibra danyada no pot.

Fins ara, hem pogut simular aquest enfocament en un entorn de supercomputació on els paràmetres del nervi cerebral han estat proporcionats per laboratoris d’investigació clínica. En els pròxims mesos, construirem i provarem un prototip de lents del cervell. Escoltar-se al cervell i comunicar-se amb ell ofereix un nou i fascinant conjunt de possibilitats per al diagnòstic i el tractament mèdics sense cirurgia.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Salvatore Domenic Morgera. Llegiu l'article original aquí.