Implante neuronal transparente monitorea múltiples áreas del cerebro a la vez

Las tecnologías actuales de implantes neuronales adolecen de varias limitaciones. Por ejemplo, las matrices de superficie existentes son mínimamente invasivas, sin embargo, no pueden capturar información más allá de las capas externas del cerebro. Por el contrario, las matrices de electrodos con agujas finas que penetran en el cerebro pueden sondear capas más profundas, pero a menudo causan inflamación y cicatrices, comprometiendo así la calidad de la señal con el tiempo. Ahora, un implante delgado y flexible, cuando se coloca en la superficie del cerebro, permite a los investigadores capturar información de alta resolución sobre la actividad neuronal en las profundidades del cerebro sin causar ningún daño a su delicado tejido.

Investigadores de la Universidad de California en San Diego (La Jolla, CA, EUA) han desarrollado un innovador implante neuronal que puede proporcionar información sobre la actividad cerebral profunda mientras se coloca de forma no invasiva en la superficie del cerebro. Este innovador dispositivo consta de una tira de polímero delgada y flexible incrustada con una densa serie de electrodos de grafeno, cada uno con un diámetro de 20 micrómetros. Todos los electrodos están conectados mediante un cable de grafeno de un grosor de micrómetros a una placa de circuito. Este avance tecnológico, probado con éxito en ratones transgénicos, marca un progreso significativo hacia la creación de una interfaz cerebro-computadora (BCI) menos invasiva. Una interfaz de este tipo sería capaz de proporcionar información detallada sobre actividades neuronales profundas a través de grabaciones realizadas en la superficie del cerebro.

En aplicaciones experimentales en ratones transgénicos, este implante neuronal demostró su capacidad para capturar datos de alta resolución sobre dos tipos distintos de actividades neuronales: la eléctrica y la cálcica, simultáneamente. Cuando se colocó en la superficie del cerebro, el implante registró señales eléctricas de las neuronas en las capas externas. Al mismo tiempo, los investigadores emplearon un microscopio de dos fotones, proyectando luz láser a través del implante para visualizar picos de calcio de las neuronas hasta 250 micrómetros debajo de la superficie. Descubrieron una correlación notable entre las señales eléctricas capturadas desde la superficie y los picos de calcio que ocurren en capas más profundas. Esta correlación fue significativa ya que permitió al equipo entrenar redes neuronales para predecir con precisión la actividad del calcio.

Esta predicción no se limitó sólo a grandes grupos de neuronas, sino que se extendió a neuronas individuales a diferentes profundidades. La capacidad de predecir la actividad del calcio basándose en señales eléctricas aborda las limitaciones de los experimentos de imágenes convencionales. Normalmente, para obtener imágenes de los picos de calcio es necesario inmovilizar la cabeza del sujeto bajo un microscopio en experimentos que duran sólo una o dos horas. Sin embargo, esta nueva tecnología de implantes ofrece un método más dinámico y prolongado para estudiar las actividades cerebrales, superando estas limitaciones y allanando el camino para una monitorización neuronal más avanzada y continua.

"Estamos ampliando el alcance espacial de los registros neuronales con esta tecnología", dijo la autora principal del estudio, Duygu Kuzum, profesora del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. "Aunque nuestro implante reside en la superficie del cerebro, su diseño va más allá de los límites de la detección física, ya que puede inferir la actividad neuronal desde capas más profundas".

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Universidad de California San Diego