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Mayo lleva a un sistema para ayudar a rehabilitar a la gente que ha sufrido lesiones de la médula espinal

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Un equipo internacional de científicos ha utilizado un “interfaz cerebro-espinal inalámbrico” para puentear lesiones de la médula espinal en un par de macaques del macaco de la India, restaurando el movimiento que caminaba intencional casi normal a una pierna temporalmente paralizada.

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El hallazgo podría ayudar en desarrollar un sistema similar para rehabilitar a los seres humanos que han tenido lesiones de la médula espinal.

El sistema utiliza las señales registradas de un arsenal de electrodo píldora-clasificado implantado en la corteza de motor del cerebro para accionar el estímulo eléctrico coordinado de los nervios en la espina dorsal que son responsables de la locomoción.

Un neurosensor inalámbrico, desarrollado en el laboratorio neuroengineering de profesor Arto Nurmikko de Brown University, envía las señales recolectadas por el microprocesador del cerebro sin hilos a un ordenador que las descifre y las envíe sin hilos de nuevo a un estimulador espinal eléctrico implantado en la espina dorsal lumbar, debajo del área de lesión.

Ese estímulo eléctrico, entregado en los modelos coordinados por el cerebro descifrado, envía señales a los nervios espinales que controlan la locomoción.

La capacidad de transmitir señales del cerebro sin hilos era crítica a este trabajo con los monos, la nota de los investigadores. Atado con alambre cerebro-detectando la libertad de límite de sistemas movimiento, que a su vez limita los investigadores de la información pueden recolectar sobre la locomoción.

A pesar de limitaciones actuales, la investigación fija la etapa para los estudios futuros en primates y, en algún momento, potencialmente como ayuda de rehabilitación en seres humanos, los investigadores sugieren.

El estudio, publicado en la naturaleza del diario, fue realizado por los científicos y los neuroengineers en una colaboración llevada por Ecole Polytechnique Federale Lausanne (EPFL) en Suiza, así como Brown University, Medtronic y Fraunhofer ICT-IMM en Alemania.

La investigación fue financiada por el programa de la base de la Comunidad Europea séptima, fundación internacional para la investigación en la paraplegia que comenzaba a Grant del Consejo de Investigación europeo, el centro de Wyss en Ginebra Marie Curie Fellowship, Marie Curie COFINANZA becas de EPFL, beca de Medtronic Morton Cure Paralysis Fund, programa de NanoTera.ch (SpineRepair), centro nacional de la capacidad en la investigación en el programa de Sinergia de la robótica, ciencia del Chino-suizo y cooperación de la tecnología, y el National Science Foundation suizo.

Extracto de un interfaz de la cerebro-espina dorsal que alivia déficits del paso después de lesión de la médula espinal en primates

Lesión de la médula espinal interrumpe la comunicación entre el cerebro y los circuitos espinales que orquestran el movimiento. Para puentear la lesión, los interfaces del cerebro-ordenador han ligado directamente actividad cortical al estímulo eléctrico de músculos, y han restaurado así la comprensión de capacidades después de parálisis de la mano. Teóricamente, esta estrategia podía también restaurar control sobre la actividad de músculo de la pierna para caminar. Sin embargo, replicar la secuencia compleja de activación individual del músculo modela ser la base natural y los movimientos locomotores adaptantes plantean desafíos conceptuales y tecnológicos formidables. Recientemente, fue mostrado en ratas que el estímulo eléctrico epidural de la médula espinal lumbar puede reproducir la activación natural de los grupos sinérgicos del músculo produciendo la locomoción. Aquí interconectamos actividad de la corteza de motor de la pierna con protocolos eléctricos epidurales del estímulo para establecer un interfaz de la cerebro-espina dorsal que alivió déficits del paso después de lesión de la médula espinal en primates no humanos. Los macacos de la India (mulatta del Macaca) fueron implantados con un arsenal intracortical del microelectrodo en el área de la pierna de la corteza de motor y con un sistema del estímulo de la médula espinal integrado por un implante epidural espacial selectivo y un generador de pulso con capacidades que accionaban en tiempo real. Diseñamos y ejecutamos los sistemas de control inalámbricos que ligaron descifrar de los nervios en línea de los estados del motor de la extensión y de la flexión a los protocolos del estímulo que promovían estos movimientos. Estos sistemas permitieron que los monos se comportaran libremente sin ningunas restricciones o el constreñimiento de electrónica atada. Después de la validación del interfaz de la cerebro-espina dorsal en monos (ilesos) intactos, realizamos una lesión corticospital unilateral de la zona en el nivel torácico. Ya desde seis poste-lesiones de los días y sin el entrenamiento anterior de los monos, el interfaz de la cerebro-espina dorsal restauró la locomoción del peso-transporte de la pierna paralizada en una rueda de ardilla y un overground. Los componentes implantables integrados en el interfaz de la cerebro-espina dorsal todos se han aprobado para los usos de investigación en la investigación humana similar, sugiriendo un camino de translación práctico para los estudios del prueba-de-concepto en gente con lesión de la médula espinal.