Las interfaces cerebro-computadora (BCI) integran el cerebro con hardware basado en silicio para tratar una gran cantidad de condiciones de salud mental resistentes a los medicamentos. Estas interfaces neuronales también se utilizan para restaurar el movimiento, las habilidades sensoriales y la comunicación en pacientes que sufren parálisis. Actualmente, se están realizando muchas inversiones para utilizar estos BCI como futuros electrocéuticos, medicina bioelectrónica que administra dosis de impulsos eléctricos para tratar afecciones médicas dentro de nuestros cuerpos.
En un futuro no muy lejano, las interfaces neuronales que unen el sistema nervioso con las máquinas se convertirán en el pilar de los tratamientos médicos en lugar de las entidades farmacéuticas. Esto es según un estudio seminal de GlaxoSmithKline que indica que pronto, los médicos simplemente administrarán impulsos eléctricos al cerebro para tratar una gran cantidad de afecciones en lugar de recetar medicamentos.
De hecho, los mismos expertos han predicho que estas interfaces neuronales o BCI se dirigirán a fibras nerviosas individuales o circuitos cerebrales específicos para tratar cualquier condición médica deseada en el cuerpo con absoluta precisión.
Los beneficios de la medicina bioelectrónica
Está bien establecido que los productos farmacéuticos pueden tener una gran cantidad de efectos secundarios que van desde la muerte o daños graves hasta eventos más leves como aumento de peso o disminución de la libido. Los BCI también pueden causar eventos adversos; sin embargo, está bien documentado que los efectos secundarios asociados con estos dispositivos neuronales son menos graves que los de los medicamentos. Además, algunos medicamentos pueden resultar ineficaces ya que afectan a todo el cuerpo, mientras que las interfaces se pueden entrenar en áreas relevantes del cerebro para proporcionar un tratamiento perfeccionado.
Además, también existe el obstáculo adicional de la resistencia a los medicamentos, con muchas afecciones neurológicas que ya no reaccionan a los regímenes de medicamentos, lo que las hace intratables. Por ejemplo, un tercio de los casos relacionados con la depresión (la afección de salud mental más común y la principal causa de discapacidad en todo el mundo) se consideran resistentes al tratamiento. Del mismo modo, ahora se estima que un asombroso 20-30% de los casos de epilepsia en todo el mundo son resistentes a los medicamentos.
Esto significa que las BCI pueden ofrecer una alternativa crucial y que salva vidas para tratar afecciones de salud mental que se han considerado resistentes a los medicamentos o que pueden indicar el uso de terapias duras y no dirigidas.
Cómo funcionan las interfaces neuronales
Las interfaces neuronales se pueden clasificar en la disciplina más amplia de electrocéutica o medicina bioelectrónica. Aquí es donde los impulsos eléctricos se dirigen al sistema nervioso para tratar una multitud de condiciones médicas. Según Kris Famm, presidente de Galvani Bioelectronics, se estima que los electrocéuticos se convertirán en el modo preferido de tratamiento médico durante las próximas dos décadas, beneficiando hasta a 2 mil millones de personas que padecen enfermedades crónicas. Un informe de McKinsey & Company predice rendimientos aún mayores que indican que el mercado bioelectrónico representará una oportunidad multimillonaria incluso con una penetración modesta.
Específicamente, las BCI conectan el sistema nervioso central con la inteligencia artificial (IA) a través de interfaces que pueden implantarse en el cerebro, conocidas como sistemas invasivos. Por el contrario, estas interfaces también se pueden usar en el cuerpo externamente en forma de dispositivos portátiles o sistemas no invasivos. A su vez, estos sensores invasivos o no invasivos, generalmente electrodos, aprovechan algoritmos complejos para analizar señales cerebrales y extraer patrones cerebrales relevantes para tratar múltiples afecciones de salud mental.
Para ilustrar, algunas interfaces neuronales registran actividad fisiológica, como señales cerebrales o la actividad secuencial de redes de neuronas, mientras que otras estimulan partes específicas del cerebro para producir una acción, como la comunicación o el movimiento de una extremidad. Incluso hay BCI inteligentes de circuito cerrado que pueden registrar la actividad cerebral compleja y proporcionar estimulación al área deseada automáticamente, con la IA actualizándose e integrándose continuamente con el cerebro. Ya se ha comenzado a trabajar en sistemas de circuito cerrado Nextgen con sensores no invasivos para detectar signos de lesión cerebral traumática, demencia y esquizofrenia. Los investigadores han hecho hincapié en que ya planean integrar su sensor en un sistema de circuito cerrado electrocéutico para detectar y tratar automáticamente varios trastornos y condiciones mentales.
Las interfaces neuronales ya se utilizan para tratar algunas afecciones médicas.
De hecho, los electrocéuticos tienen una larga historia en la medicina (piense en marcapasos para el corazón o máquinas de diez para el dolor de espalda). El electrocéutico más extendido es el implante coclear, que sustituye las partes dañadas del oído para proporcionar audición a unas 400.000 personas con discapacidad en todo el mundo. Según un importante informe de la Royal Society, muchos otros implantes sensoriales transformadores se encuentran en una etapa anterior de desarrollo. Un ejemplo notable es el implante de retina ya aprobado para su uso en EE. UU. y Europa, que proporciona una forma de visión a las personas que han perdido la vista.
Los BCI también se han utilizado para tratar a personas que han sufrido daños catastróficos en el sistema nervioso, como un accidente cerebrovascular o una lesión en la médula espinal. Por ejemplo, los implantes espinales recientemente demostrados han permitido a las personas volver a caminar al aumentar las señales enviadas por la médula espinal desde el cerebro. De la misma manera, los BCI se han utilizado para integrar miembros biónicos en el sistema nervioso durante bastante tiempo. Junto con esto, se encuentran los ensayos con tetrapléjicos en los que las neuroprótesis se han integrado con éxito en los sistemas nerviosos de los pacientes. Además, los pacientes con parálisis han sido tratados con interfaces en un esfuerzo por restaurar el movimiento físico, la micción de la vejiga y la comunicación.
De la misma manera, la calidad de vida de muchos pacientes paralizados ha mejorado gracias a los robots portátiles con interfaz, como el Hybrid Assistive Limb (HAL) de Cyberdyne. El exoesqueleto HAL funciona detectando las señales cerebrales responsables de los movimientos de las piernas desde la piel de los usuarios y transmitiéndolas a las extremidades artificiales adheridas a las piernas de las personas, sin pasar por la columna lesionada. Me complace informar que este sistema no invasivo se actualizó con éxito en 2012 para otorgar control de asistencia de brazos, piernas y torso paralizados a sus usuarios.
El exoesqueleto HAL. Créditos de imagen: Cyberdyne.
Pasando de la máquina TENS de décadas de antigüedad, el manejo del dolor crónico también se ha actualizado al aprovechar las vías de señal dentro de la médula espinal. Otro nuevo objetivo implica la neuromodulación sacra en el tratamiento de la debilidad intestinal y la incontinencia urinaria. Esto funciona bien, sin embargo, somos biocomputadoras intrincadas cuyo control urinario natural es un proceso elegante, compacto y bien evolucionado que los dispositivos actuales imitan pobremente. Por ahora.
Un puente de comunicación para los silenciosos, BrainGate, un implante cortical invasivo, ha permitido que personas inmóviles utilicen señales cerebrales únicamente para mover cursores, escribir en un teclado electrónico y agarrar con una mano robótica. Los inmovilizados también se aumentan a través de interfaces portátiles. Esto se está logrando a través de electroencefalografía que les permite escribir seleccionando mentalmente la letra deseada de una secuencia en una pantalla.
Otra cibermedicina de uso común comprende la estimulación cerebral profunda invasiva (DBS) para contrarrestar los temblores causados por la enfermedad de Parkinson. DBS también es el estándar de oro para la epilepsia resistente a los medicamentos con sistemas de circuito cerrado utilizados durante muchos años para monitorear, registrar y tratar las convulsiones automáticamente durante un período prolongado. Asimismo, DBS ha tenido éxito en ensayos a pequeña escala entre personas con anorexia y trastorno obsesivo-compulsivo.
Futuros electrocéuticos para tratar afecciones médicas
Las cosas están progresando a una velocidad notable. La Royal Society, una de las principales autoridades en el tema, predice que estas interfaces neuronales bajo la apariencia de electrocéuticos tendrán la capacidad de modular los impulsos neuronales que controlan cada parte del cuerpo, reparar la función perdida y restaurar la salud. Como resultado, la cibermedicina ahora se aplica a condiciones fisiológicas y objetivos en todo el cuerpo.
Para ilustrar la latencia latente de esta tecnología prometedora, la Royal Society espera que los electrocéuticos puedan extraer insulina de las células para tratar la diabetes, regular la ingesta de alimentos para tratar la obesidad o incluso corregir el equilibrio del tono muscular liso para tratar la hipertensión y las enfermedades pulmonares. Convirtiéndose rápidamente en una realidad, la Royal Society informa que la hipertensión de hecho ha sido controlada mediante el aprovechamiento de señales en el seno carotídeo y los nervios renales.
Otra incursión futurista se refiere al control de las moléculas inflamatorias en la artritis reumatoide. Estas moléculas fueron modificadas en un estudio de la Universidad de Minnesota mediante la estimulación no invasiva del nervio esplénico y vago. Por extensión, es probable que una variedad de afecciones cardiovasculares, metabólicas, respiratorias, inflamatorias y autoinmunes tengan puntos de intervención accesibles de manera similar, dado que involucran órganos y funciones que están bajo control neuronal.
El informe de McKinsey & Company afirma que hay mucho interés en controlar múltiples condiciones médicas a través del nervio vago, conocido por controlar una amplia gama de funciones corporales cruciales. Este gran nervio va desde el cerebro hasta el abdomen interactuando con el control parasimpático del corazón, los pulmones y el tracto digestivo. También ayuda a regular las vías y células inmunitarias. En consecuencia, es un objetivo común para muchas intervenciones basadas en medicamentos. Un ejemplo de una de estas terapias es Humira en el tratamiento de la artritis reumatoide y la enfermedad de Crohn.
Como se puede imaginar, la capacidad de apuntar a una miríada específica de fibras nerviosas, células y tractos dentro de este paquete nervioso masivo sería lo más ventajoso. Hasta ahora, la estimulación del nervio vago para tratar la artritis reumatoide y la enfermedad de Chrohn ha obtenido la aprobación inicial y ahora se están probando otras afecciones inflamatorias. Más recientemente, los estimuladores del nervio vago portátiles no invasivos para aliviar los dolores de cabeza en racimo y las migrañas han obtenido la aprobación de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Este nervio altamente conectado también se ha aprovechado en ensayos para tratar la epilepsia resistente a los medicamentos, la depresión y el abuso de sustancias.
Cómo se desarrollarán y operarán los futuros electrocéuticos
Los impulsos eléctricos, también conocidos como potenciales de acción, controlan nuestros cuerpos. Técnicamente, todos los órganos y funciones corporales están regulados a través de circuitos de neuronas en el cerebro a través de estos impulsos. Incluso el sistema endocrino está bajo el control del cerebro a través de una serie compleja de mecanismos de retroalimentación y vías de señalización.
GlaxoSmithKline predice que dos características hacen que estos circuitos sean objetivos excelentes para la intervención terapéutica. En primer lugar, comprenden células interconectadas, tractos de fibras y haces de nervios que permiten una intervención precisa. En segundo lugar, están controlados por patrones de potenciales de acción, que pueden registrarse y modificarse fácilmente para su tratamiento mediante un dispositivo implantable. Especialistas de la Royal Society afirman que incluso la enfermedad de Alzheimer, que ha demostrado ser resistente a todas las terapias convencionales, podría detenerse o incluso revertirse.
Para desarrollar futuros productos electrocéuticos, los investigadores deben mapear los nervios y las áreas cerebrales asociadas a la enfermedad e identificar los mejores puntos y patrones de impulsos cronometrados para el tratamiento. Luego se puede desarrollar un BCI para controlar el potencial de acción de estas fibras nerviosas y su resultado resultante. Los expertos predicen que, con toda probabilidad, al principio se utilizarán implantes invasivos miniaturizados, que actuarán como un marcapasos para alterar y normalizar los impulsos eléctricos a los órganos y las vías interrumpidas por la enfermedad.
Esta miniaturización se ve favorecida por el hecho de que nuestro sistema nervioso es una asombrosa pieza de maquinaria. Nuestro tejido neural es increíblemente compacto con muchos circuitos no relacionados que se ejecutan en tándem a través de las regiones del cerebro y los nervios periféricos.
En la actualidad, los dispositivos eléctricos activan o inhiben células en un área de tejido indiscriminadamente, enturbiando los efectos clínicos. Sin embargo, se están desarrollando electrodos a escala micro y nano en preparación para la estimulación electrocéutica de una sola célula.
Muchos otros electrocéuticos específicos de enfermedades ahora se están explorando en el laboratorio. Una lista casi ilimitada, esta tecnología trae consigo mucha esperanza. Esta aspiración no solo se basa en el control preciso que esta técnica podría permitir, o incluso en la cantidad de vidas de los pacientes que ha transformado, sino también en la facilidad y la falta de esfuerzo que las BCI podrían extender. Esto se debe a que se puede alterar una corriente eléctrica mucho más fácilmente que la concentración de un fármaco en la sangre. Los pacientes pueden simplemente aumentar o reducir las corrientes eléctricas y, con el tiempo, la IA evolucionará para leer y monitorear su estado de salud y hacer esto por ellos. Todo esto está relacionado con el hecho de que los efectos de la estimulación son reversibles si se desea, a diferencia de muchos procedimientos quirúrgicos.
Conclusión
La industria electrocéutica se está expandiendo rápidamente en medio de importantes inversiones de los nombres más importantes en el cuidado de la salud. Como puede verse, muchas grandes empresas de tecnología y grupos de inteligencia de inversores ahora están tomando la delantera, publicando estudios y datos de código abierto. Quizás, la inversión más expuesta hasta la fecha es la de Elon Musk bajo la apariencia de Neuralink, una matriz de electrodos invasivos colocados debajo de la piel para escribir datos cerebrales para una función determinada.
Al contar las inversiones, se puede extrapolar que los investigadores electrocéuticos están en la cúspide de grandes descubrimientos e innovaciones. Están preparados para dar voz a los silenciosos de todo el mundo, para restaurar las extremidades de los paralíticos y para aumentar la raza humana de formas nunca antes vistas. Millones de pacientes podrían liberarse de regímenes de medicamentos paralizantes que están perdiendo potencia a un ritmo alarmante y ofrecer cibermedicina de precisión capaz de atacar células nerviosas individuales en órganos y enfermedades. Dando una chispa de ingenio y esperanza en estos tiempos difíciles, los productos electrocéuticos se están convirtiendo rápidamente en una realidad más barata y mucho más simbiótica en todos nuestros futuros. Las cosas están mejorando.
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