Implante cerebral de ‘polvo neural’ podría revolucionar las interfases cerebro-máquina

Diagrama de polvo neural (crédito: Dongjin Seo et al.)

Diagrama de polvo neural (crédito: Dongjin Seo et al.)

En un avance científico que podría ser muy significativo, científicos de la Universidad de California, Berkeley, han propuesto un sistema que permite que miles de chips de “polvo neural” ultra pequeños sean insertados en el cerebro para observar las señales neuronales en alta resolución y comunicar información de manera muy eficiente vía ultrasonido.

El diseño de polvo neural promete solucionar la seria limitación de las interfases cerebro-máquina invasivas (BMI): la carencia de un sistema de interfase neural implantable que permanezca viable de por vida. Los sistemas BMI actuales también están limitados  a algunos cientos de puntos de grabación y provocan reacciones alrededor de los electrodos implantados que degradan la ejecución con el paso del tiempo y se limita a meses o algunos años.

El polvo neural podría también ofrecer la posibilidad de grabación neuronal en gran escala requerido por la iniciativa Investigación Cerebral a Través de Neurotecnologías Innovadoras Avanzadas (BRAIN por sus siglas en inglés), indicaron los científicos.

El sistema de polvo neural tiene tres elementos básicos:

  • Miles de chips CMOS de bajo poder –el polvo neural– son insertados (vía arreglos de cable fino que son luego removidos) en la corteza entre las neuronas. Los chips detectan las señales electrofisiológicas extracelulares a través de un electrodo y un sensor piezoeléctrico convierte las señales en ultrasonido.
  • Un transcriptor (transmisor – receptor) ultrasónico subdural (la dura rodea el cerebro y mantiene dentro el fluido cerebroespinal) recibe las señales emitidas por el polvo neural. También proporciona al polvo neural energía ultrasónica.
  • Un transcriptor externo con batería se comunica vía ultrasonido con el transcriptor subdural y transmite la información a una computadora externa.

Insertado casi 2mm. en el cerebro, los chips de polvo neural puede tener el tamaño de algunas decenas de micrones (millonésima de metro). El uso de ultrasonido resulta muy atractivo para comunicación entre tejidos debido a su longitud corta de onda y atenuación baja.

El diseño también permite transmitir más eficientemente: en lugar de transmitir energía, los chips modulan pasivamente la energía del ultrasonido emitidas desde el transcriptor subdural y lo reflejan.

Los investigadores calculan que los chips de polvo neuronal podrían ser hasta 10 millones de veces más eficientes que el uso de chips electromagnéticos (que utilizan señales eléctricas o magnéticas), y que tienen alta atenuación en el tejido cerebral. El polvo neural será encapsulado en un polímero inerte o película aislante.

El artículo publicado en arXiv también menciona cierto número de retos que tienen que abordarse para desarrollar un sistema de uso práctico.

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