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En 2011, Gert-Jan Oskam perdió la capacidad de caminar. Doce años después, los neurocientíficos de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), en Suiza, lo ayudaron a recuperarse.

Oskam, que sufrió una lesión traumática en la columna cervical por un accidente de bicicleta, recuperó el control de sus piernas con la ayuda de científicos del centro de investigación NeuroRestore de EPFL dirigido por Grégoire Courtine, profesor de ingeniería en ciencias de la vida. Courtine y sus colaboradores, que investigan y desarrollan neurotecnologías para la asistencia física y la rehabilitación, implantaron a Oskam un dispositivo que reemplaza parcialmente las funciones perdidas por su columna lesionada.

En un artículo reciente publicado el 24 de mayo en Nature Neuroscience, Courtine y su grupo presentan los detalles de la recuperación de Oskam. Las lesiones como las que experimentó Oskam son el resultado de daños en el tejido de la columna vertebral de una persona, lo que corta la comunicación neuronal entre el cerebro y el resto del cuerpo. Sin ese vínculo entre los sistemas nervioso y muscular, una persona no sería capaz de moverse como pretende. En el caso de Oskam, la lesión en la columna cervical desconectó efectivamente el cerebro de las piernas, lo que le impidió caminar.

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La investigación de Courtine presenta una solución a este problema en forma de interfaz cerebro-columna vertebral, o BSI. El BSI funciona en dos pasos. Primero, una interfaz cerebro-computadora mide la actividad neuronal de los electrodos colocados en la superficie del cerebro de Oskam. La actividad cerebral asociada con el control de las piernas, decodificada por un modelo de aprendizaje automático entrenado para reconocerla, se usa luego para controlar un conjunto separado de electrodos implantados en la columna vertebral de Oskam. Este estimulador espinal activa grupos de neuronas que impulsan movimientos de caminata naturalistas. En otras palabras, el BSI cierra la brecha de comunicación en el sistema nervioso de Oskam que resultó de su lesión, devolviéndole la capacidad de caminar. Con el nuevo sistema, ahora puede caminar más de 200 metros en un día y permanecer de pie durante 3 minutos sin usar un andador como apoyo.

El equipo de la EPFL implantó dispositivos sobre la región del cerebro responsable de controlar los movimientos de las piernas, que decodifican las señales eléctricas generadas por el cerebro cuando el paciente piensa en caminar.EPFL

Oskam participó en la investigación anterior de este mismo grupo que desarrolló la tecnología de estimulación espinal utilizada en el BSI actual. Los dispositivos anteriores podían recrear movimientos de caminata naturalistas en las piernas de Oskam, coordinando la contracción de muchos grupos de músculos en sus caderas, muslos, pantorrillas y pies. Si bien este movimiento se sintió algo natural para Oskam, el sistema de control del dispositivo original no lo hizo: para iniciar los movimientos de paso, el sistema observó las pequeñas contracciones que Oskam aún podía hacer sobre su cadera derecha y luego movió las piernas en consecuencia.

Jimmy Ravier/EPFL

La adición de la interfaz cerebro-computadora para completar el sistema BSI hace que los controles para caminar sean mucho más intuitivos. En una conferencia de prensa, Oskam comentó sobre la mejora y afirmó que en el sistema anterior, "la estimulación me controlaba. Ahora controlo la estimulación".

Otro beneficio proporcionado por el BSI es un grado de reparación del tejido dañado en la columna vertebral de Oskam. Después de aprender a usar el sistema de estimulación durante un período de semanas y meses, Oskam y los investigadores descubrieron que estaba recuperando la capacidad de mover las piernas sin la ayuda del dispositivo. Primero vieron esta recuperación cuando Oskam aprendió a usar su sistema estimulador inicial impulsado por la cadera, pero vieron una curación sustancialmente mayor de la columna vertebral con la adición del control impulsado por el cerebro.

Esta recuperación, según el equipo de investigación, está impulsada por el dispositivo que restablece el comportamiento coordinado de las neuronas que transmiten y leen la sección dañada de la columna vertebral. Cuando las neuronas ubicadas proximalmente se activan de manera confiable en momentos similares, nuestro sistema nervioso tiende a conectarlas. En el caso de Oskam, el sistema BSI estimuló las neuronas en la columna debajo de la lesión, pero las neuronas sobre el tejido dañado seguían activas porque aún están conectadas a las partes de su cerebro que inician y controlan el movimiento de las piernas. "No conocemos el mecanismo detallado, pero la idea general es que el circuito sensoriomotor está cerrado", dice Courtine. "Está tratando de activar una región con sus vías naturales que también se estimulan al mismo tiempo. Esta cooperación entre las vías naturales y digitales probablemente impulse el rebrote de las proyecciones".