Neuroingenieros han utilizado campos magnéticos para activar neuronas en moscas de la fruta, en una tecnología inalámbrica que luego podría aplicarse al cerebro humano.
Crédito: Virvoreanu Laurentiu.
En una demostración publicada en Nature Materials, investigadores de la Universidad de Rice, Duke, Brown, y Baylor College of Medicine, utilizaron señales magnéticas para activar neuronas específicas que controlaban la posición del cuerpo de moscas de la fruta que se movían libremente en un recinto.
«Para estudiar el cerebro o tratar trastornos neurológicos, la comunidad científica está buscando herramientas que sean increíblemente precisas, pero también mínimamente invasivas», dijo el autor del estudio, Jacob Robinson, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en Rice. «El control remoto de circuitos neuronales seleccionados con campos magnéticos es algo así como un santo grial para las neurotecnologías. Nuestro trabajo da un paso importante hacia ese objetivo porque aumenta la velocidad del control magnético remoto, acercándolo a la velocidad natural del cerebro».
Robinson dijo que la nueva tecnología activa los circuitos neuronales unas 50 veces más rápido que la mejor tecnología demostrada previamente para la estimulación magnética de neuronas definidas genéticamente.
«Hicimos progresos porque el autor principal, Charles Sebesta, tuvo la idea de usar un nuevo canal de iones que fuera sensible a la tasa de cambio de temperatura», detalló Robinson. «Al reunir a expertos en ingeniería genética, nanotecnología e ingeniería eléctrica, pudimos juntar todas las piezas y demostrar que esta idea funciona. Este fue realmente un esfuerzo de equipo de científicos de clase mundial con los que tuvimos la suerte de trabajar».
Alas aleteen
Los investigadores utilizaron ingeniería genética para expresar un canal iónico especial sensible al calor en las neuronas que hace que las moscas extiendan parcialmente sus alas, un gesto de apareamiento común. Luego, inyectaron nanopartículas magnéticas que podrían calentarse con un campo magnético aplicado.
Crédito: Universidad de Rice.
Una cámara superior observaba moscas mientras deambulaban libremente por un recinto encima de un electroimán. Al cambiar el campo del imán de una manera específica, los científicos pudieron calentar las nanopartículas y activar las neuronas. Un análisis del video de los experimentos mostró que las moscas con las modificaciones genéticas asumieron la postura de alas extendidas dentro de aproximadamente medio segundo del cambio del campo magnético.
Los autores explicaron que la capacidad de activar células genéticamente seleccionadas en momentos precisos podría ser una herramienta poderosa para estudiar el cerebro, tratar enfermedades y desarrollar tecnología de comunicación directa cerebro-máquina.
Visión sin ojos
Robinson es el investigador principal de MOANA, un ambicioso proyecto para desarrollar tecnología de auriculares para la comunicación no quirúrgica, inalámbrica y de cerebro a cerebro.
Abreviatura de «acceso neuronal magnético, óptico y acústico», MOANA está financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) del Pentágono para desarrollar tecnología de auriculares que puedan «leer» o decodificar la actividad neuronal en la corteza visual de una persona y «escribir» —o codificar— esa actividad en el cerebro de otra persona. La tecnología magnetogenética es un ejemplo de esto último.
Jacob T. Robinson.
El equipo de Robinson está trabajando para lograr el objetivo de restaurar parcialmente la visión de los pacientes ciegos. Al estimular partes del cerebro asociadas con la visión, los investigadores de MOANA esperan dar a los pacientes una sensación de visión incluso si sus ojos ya no funcionan.
«El objetivo a largo plazo de este trabajo es crear métodos para activar regiones específicas del cerebro en humanos con fines terapéuticos sin tener que realizar una cirugía», señaló Robinson. «Para llegar a la precisión natural del cerebro, probablemente necesitemos obtener una respuesta de unas pocas centésimas de segundo. Así que todavía hay mucho camino por recorrer».
