Implantes que activan las células con infrarrojos permitirán oír a los sordos 28/03/2011
Científicos de la Universidad de Utah, en Estados Unidos, han realizado un sorprendente descubrimiento. En dos experimentos llevados a cabo, constataron que la luz infrarroja podía hacer que células cardiacas de ratas se movieran, y también que las células del oído interior de un tipo de peces enviasen señales al cerebro.
Este descubrimiento podría ayudar al desarrollo de implantes para ayudar a los sordos a oír, que utilicen la luz infrarroja en lugar de señales eléctricas. Pero también podría dar lugar a la creación de dispositivos que permitan ver a los ciegos o tratar trastornos de equilibrio y movimiento.
Asimismo, este sistema serviría también para fabricar marcapasos que utilicen señales ópticas en vez de señales eléctricas para estimular a las células cardiacas, aseguran los investigadores.
Según ellos, todos estos dispositivos “hablarán” al cerebro con pulsos ópticos infrarrojos, en lugar de con pulsos eléctricos. Los pulsos infrarrojos serán de baja intensidad, y tendrán una longitud de onda invisible.
Científicos sustituyen con éxito el cerebelo de una rata por un chip
Gracias al implante, el animal recuperó una función cerebral previamente inhabilitada
Un equipo de investigadores de la Universidad de Tel Aviv, en Israel, ha logrado restaurar en una rata una función cerebral previamente inhabilitada, mediante el implante de un cerebelo artificial. Este avance abre una nueva vía a la posibilidad de desarrollar implantes cerebrales que sustituyan áreas del cerebro humano dañadas por infartos cerebrales u otras condiciones. Estos implantes podrían ayudar incluso a recuperar procesos de aprendizaje perdidos por efecto del envejecimiento. Por Yaiza Martínez.
Rata de laboratorio. Fuente: Wikimedia Commons.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Tel Aviv (TAU), en Israel, ha logrado restaurar en una rata una función cerebral previamente inhabilitada, mediante el implante de un cerebelo artificial.
Este avance abre una nueva vía a la posibilidad de desarrollar implantes cerebrales que sustituyan áreas del cerebro humano dañadas por infartos cerebrales u otras condiciones. Estos implantes podrían ayudar incluso a recuperar procesos de aprendizaje perdidos por efecto del envejecimiento.
Comunicación en dos direcciones
Según publica la revista Newscientist, los implantes de cóclea o las extremidades artificiales han probado ya que es posible conectar dispositivos electrónicos al cerebro. Sin embargo, hasta ahora, estos dispositivos han permitido sólo la comunicación en una dirección, desde el dispositivo hasta el cerebro o viceversa.
Lo que han conseguido el investigador de la Universidad de Tel Aviv, Matti Mintz, y sus colaboradores ha sido crear un cerebelo sintético que puede recibir señales sensoriales del tronco cerebral, una región que actúa como medio de transmisión de la información neurológica procedente del resto del cuerpo.
Pero no sólo eso: este cerebelo artificial es capaz de interpretar dichas señales y, después, enviar una señal a otra región diferente del mismo tronco cerebral, que a su vez impulsa a las neuronas motoras para que se ejecute un movimiento.
Según explicó Mintz en el último encuentro Strategies for Engineered Negligible Senescence, organizado por la Sens Foundation de California y celebrado en Cambridge, este logro probaría que se puede “registrar información procedente del cerebro, analizarla de manera similar a como lo hace la red biológica, y devolverla al cerebro de nuevo”.
Desarrollo del experimento
Una de las funciones del cerebelo natural es ayudar a coordinar y a cronometrar los movimientos. Esto, junto al hecho de que el cerebelo tiene una arquitectura neuronal sencilla, lo convierte en una región del cerebro óptima para su reproducción sintética. Mintz afirma que “conocemos la anatomía del cerebelo y algunos de sus comportamientos casi perfectamente”.
Los científicos analizaron las señales enviadas a un cerebelo real y las señales que éste generaba como respuesta. Después, usaron esta información para crear una versión artificial del cerebelo en un chip, que fue situado en el exterior del cráneo de la rata y conectado al cerebro de ésta a través de electrodos.
Este avance abre una nueva vía a la posibilidad de desarrollar implantes cerebrales que sustituyan áreas del cerebro humano dañadas por infartos cerebrales u otras condiciones. Estos implantes podrían ayudar incluso a recuperar procesos de aprendizaje perdidos por efecto del envejecimiento.
Comunicación en dos direcciones
Según publica la revista Newscientist, los implantes de cóclea o las extremidades artificiales han probado ya que es posible conectar dispositivos electrónicos al cerebro. Sin embargo, hasta ahora, estos dispositivos han permitido sólo la comunicación en una dirección, desde el dispositivo hasta el cerebro o viceversa.
Lo que han conseguido el investigador de la Universidad de Tel Aviv, Matti Mintz, y sus colaboradores ha sido crear un cerebelo sintético que puede recibir señales sensoriales del tronco cerebral, una región que actúa como medio de transmisión de la información neurológica procedente del resto del cuerpo.
Pero no sólo eso: este cerebelo artificial es capaz de interpretar dichas señales y, después, enviar una señal a otra región diferente del mismo tronco cerebral, que a su vez impulsa a las neuronas motoras para que se ejecute un movimiento.
Según explicó Mintz en el último encuentro Strategies for Engineered Negligible Senescence, organizado por la Sens Foundation de California y celebrado en Cambridge, este logro probaría que se puede “registrar información procedente del cerebro, analizarla de manera similar a como lo hace la red biológica, y devolverla al cerebro de nuevo”.
Desarrollo del experimento
Una de las funciones del cerebelo natural es ayudar a coordinar y a cronometrar los movimientos. Esto, junto al hecho de que el cerebelo tiene una arquitectura neuronal sencilla, lo convierte en una región del cerebro óptima para su reproducción sintética. Mintz afirma que “conocemos la anatomía del cerebelo y algunos de sus comportamientos casi perfectamente”.
Los científicos analizaron las señales enviadas a un cerebelo real y las señales que éste generaba como respuesta. Después, usaron esta información para crear una versión artificial del cerebelo en un chip, que fue situado en el exterior del cráneo de la rata y conectado al cerebro de ésta a través de electrodos.
Matti Mintz. Fuente: TAU.
Para probar el chip, en primer lugar se anestesió a la rata y se le incapacitó su cerebelo real. Después, se intentó enseñar al animal un reflejo motor condicionado, un parpadeo, mediante la combinación de un tono auditivo y una ráfaga de aire vertida sobre sus ojos.
El animal fue incapaz de aprender este reflejo antes de que le fuera incorporado el chip. Sin embargo, una vez que le fue conectado el cerebelo sintético, se comportó como un animal corriente, y aprendió a relacionar el sonido con la necesidad de parpadear. Por tanto, el circuito artificial funcionó como un circuito neurológico natural.
El siguiente paso que pretenden dar los investigadores es modelar áreas más extensas del cerebelo, que permitan aprender secuencias de movimientos, y probar un nuevo chip con estas características en otro animal consciente.
Según uno de los colaboradores de Mintz, el investigador Robert Prueckl, de Guger Technologies en Graz, Austria, nuevos avances podrían producirse con el desarrollo de softwares mejorados y mejores técnicas de implantación de electrodos. El objetivo último será fabricar chips que mimeticen áreas complejas del cerebro.
Contexto de la investigación
En su presentación en el encuentro de la Sens Foundation, Mintz explicó que la calidad y la esperanza de vida humanas se ven condicionadas por numerosas enfermedades cerebrales. En la actualidad, la recuperación de estos problemas está basada en intervenciones dirigidas a la activación de procesos de auto-reparación cerebral.
Se espera que futuros avances en intervenciones biológicas, como las intervenciones genéticas o las terapias con células madre puedan promover la recuperación neuronal. Pero otra estrategia factible sería la de sustituir microcircuitos neuronales naturales por sus análogos sintéticos.
Décadas de interacción entre las investigaciones científicas, los desarrollos tecnológicos y la demanda clínica creciente han dado lugar a nuevas técnicas de registro y estimulación de diversas áreas del cerebro.
Hasta la fecha, la estimulación del cerebro ha conseguido paliar una gama de síntomas del Parkinson o del Trastorno obsesivo-compulsivo (TOC), y los análisis en regiones cerebrales profundas han permitido detectar el origen neuronal de los ataques epilépticos. La esperanza es que estas dos técnicas puedan ser interconectadas por un procesador a tiempo real, y utilizadas en sincronía con el cerebro.
“Nuestro objetivo”, escribe Mintz, “era probar la factibilidad de una metodología híbrida de circuito cerrado para la rehabilitación de funciones cerebrales, mediante la sustitución de un microcircuito cerebral dañado”. Los resultados obtenidos han demostrado que esta metodología funciona.
Avance previo
En junio de 2010, Mintz y sus colaboradores anunciaron la creación de otro chip, el Rehabilitation Nano Chip o ReNaChip, capaz de proporcionar una estimulación precisa a regiones profundas del cerebro, lo que permitiría aliviar los efectos de trastornos como la depresión o el Parkinson. Estos trastornos requieren de una estimulación neuronal de gran precisión.
Pero, además, según publicó la Universidad de Tel Aviv en un comunicado, el ReNaChip podría usarse en un futuro para restaurar funciones cerebrales perdidas después de un traumatismo producido por un accidente de tráfico o un infarto cerebral.
La metodología utilizada por los investigadores en este caso consistió en registrar actividad neuronal a través de electrodos implantados en áreas dañadas del cerebro. A partir del análisis de esta actividad, se desarrollaron algoritmos para la estimulación de la actividad neuronal corriente, que fueron programados dentro del microchip para su posterior implantación en el cerebro.
Crean el primer escarabajo cyborg
Es capaz de moverse y volar gracias a la acción de los electrodos que activan sus músculos
Científicos de la Universidad de Michigan presentaron el primer escarabajo cyborg del mundo en la conferencia internacional MEMS 2008, celebrada recientemente en Tucson, Arizona. Se trata de un insecto con electrodos implantados cuyos movimientos pueden dirigirse por control remoto. Elementos como estimuladores neuronales y musculares o un microcontrolador electrónico permiten controlar al escarabajo, que podría destinarse a labores de espionaje. El desarrollo de esta tecnología está enmarcado en el proyecto Hi-MEMS de la DARPA estadounidense, que cuenta también desde 2006 con una cucaracha cyborg y que experimenta asimismo en la misma línea con animales más complejos como las ratas. Por Yaiza Martínez.
En la última conferencia internacional MEMS 2008, especializada en sistemas electromecánicos de tamaño micro y celebrada a mediados del pasado enero en Arizona (Estados Unidos), científicos de la Universidad de Michigan presentaron un concepto casi novedoso: un insectocyborg dirigido por control remoto.
En concreto, el cyborg era un escarabajo unicornio -o Dynastes tityus - al que se le habían implantado una serie de electrodos: uno en el cerebro y otros dos en los músculos encargados de mover las alas.
Con ellos incrustados en el cuerpo, el escarabajo cyborg fue capaz de despegar y aterrizar, de girar a izquierda y derecha, así como de realizar otros movimientos de vuelo bajo control, como detenerse, gracias a la acción de los electrodos que activaron sus músculos, informa Technovelgy.
Dirección dirigida
Sus creadores explicaron en MEMS 2008 que el sistema consiste en una serie de estimuladores neuronales y musculares insertados, un estimulador visual, un ensamblaje de poliimida (polímero de moléculas de imido) y un microcontrolador electrónico.
Alimentado energéticamente por dos microbaterías, el dispositivo requiere de un insecto “plataforma” de al menos dos centímetros de longitud, y entre uno y dos gramos de peso para su instalación.
Los sensores situados en el cerebro y en los músculos que mueven las alas están vinculados al microcontrolador electrónico, y a una pila de ión-litio. Ambos se instalan en el tórax del insecto, como si fueran un “saco”.
Este saco lleva también un estimulador visual compuesto por diodos electro luminiscentes, que se colocan delante de los ojos del insecto. El brillo de los diodos puede incitar al escarabajo a dirigirse en una dirección concreta, señala Futura Science.
En territorio enemigo
La implantación de todos estos elementos en el coleóptero se realiza durante la metamorfosis, es decir, cuando el insecto aún se encuentra en el estadio de oruga o de crisálida. Los pequeños dispositivos instalados se integran mejor en los tejidos aún blandos, que terminan integrándolos. La mortalidad de los insectos varía de entre un 20% a un 80% según el lugar en que se coloquen los electrodos.
El escarabajo cyborg se enmarca en un proyecto de la DARPA (la Defense Advanced Research Projects Agency) de Estados Unidos bautizado como Hi-MEMS (Hybrid Insect MEMS), que aspira a desarrollar tecnologías que permitan controlar el movimiento de los insectos.
Para ello, se trabaja en la creación de interfaces máquina-insecto colocando sistemas micromecánicos dentro de los escarabajos en las primeras fases de su formación orgánica. El control de los vuelos y de los movimientos de los insectos se haría por control remoto, bien con GPS, con Radio Frecuencia o con señales de ultra sonido.
La finalidad principal de estas máquinas-insecto serían las misiones militares, por ejemplo, que llevaran video cámaras y pudiesen penetrar sin ser vistos en territorio enemigo para recopilar información.
También cucarachas cyborg
No es la primera vez que se informa de un avance tecnológico de estas características. En 2006 ya habíamos informado en otro artículo de un anterior insecto también convertido en cyborg: la cucaracha.
En aquel caso se trataba de un insecto al que habían sustituido las antenas por una mochila micro-robótica, dotada de mini cámaras u otros artilugios de captación de información. La proeza fue llevada a cabo en Japón, en la Universidad de Tokio, y en este caso se hizo mediante cirugía.
La finalidad de una cucaracha tan bien equipada sería la de localizar supervivientes entre las ruinas de una ciudad tras un terremoto o la de realizar misiones de espionaje industrial o militar. También los movimientos de este insecto eran seguidos y controlados a distancia, es decir, que era teledirigida.
Otro equipo que ha trabajado en esta misma línea es el del proyecto Cockroach Controlled Mobile Robot, de la Universidad de California, que pretende crear un sistema semi-inteligente en el que también una cucaracha desempeñará el papel de una "central processing unit" ó CPU de un ordenador.
La aparición del escarabajo cyborg confirma que estos experimentos prosiguen y que consiguen resultados, tal como había anticipado el año pasado a la revista Time el director de Inteligencia Artificial del MIT, Rod Brooks: "Se han realizado algunos experimentos en los que animales simples, como ratas y cucarachas, fueron operados y manejados por joysticks, pero es la primera vez que se ha inyectado un chip en el estado de crisálida y "criado" dentro de ella".
Eso quiere decir que no sólo cucarachas y escarabajos, sino que también ratas y otros animales simples están siendo experimentados con tecnologías avanzadas para manipularlos a voluntad con fines que van desde los humanitarios a los militares, pasando por los de la mera investigación.
En concreto, el cyborg era un escarabajo unicornio -o Dynastes tityus - al que se le habían implantado una serie de electrodos: uno en el cerebro y otros dos en los músculos encargados de mover las alas.
Con ellos incrustados en el cuerpo, el escarabajo cyborg fue capaz de despegar y aterrizar, de girar a izquierda y derecha, así como de realizar otros movimientos de vuelo bajo control, como detenerse, gracias a la acción de los electrodos que activaron sus músculos, informa Technovelgy.
Dirección dirigida
Sus creadores explicaron en MEMS 2008 que el sistema consiste en una serie de estimuladores neuronales y musculares insertados, un estimulador visual, un ensamblaje de poliimida (polímero de moléculas de imido) y un microcontrolador electrónico.
Alimentado energéticamente por dos microbaterías, el dispositivo requiere de un insecto “plataforma” de al menos dos centímetros de longitud, y entre uno y dos gramos de peso para su instalación.
Los sensores situados en el cerebro y en los músculos que mueven las alas están vinculados al microcontrolador electrónico, y a una pila de ión-litio. Ambos se instalan en el tórax del insecto, como si fueran un “saco”.
Este saco lleva también un estimulador visual compuesto por diodos electro luminiscentes, que se colocan delante de los ojos del insecto. El brillo de los diodos puede incitar al escarabajo a dirigirse en una dirección concreta, señala Futura Science.
En territorio enemigo
La implantación de todos estos elementos en el coleóptero se realiza durante la metamorfosis, es decir, cuando el insecto aún se encuentra en el estadio de oruga o de crisálida. Los pequeños dispositivos instalados se integran mejor en los tejidos aún blandos, que terminan integrándolos. La mortalidad de los insectos varía de entre un 20% a un 80% según el lugar en que se coloquen los electrodos.
El escarabajo cyborg se enmarca en un proyecto de la DARPA (la Defense Advanced Research Projects Agency) de Estados Unidos bautizado como Hi-MEMS (Hybrid Insect MEMS), que aspira a desarrollar tecnologías que permitan controlar el movimiento de los insectos.
Para ello, se trabaja en la creación de interfaces máquina-insecto colocando sistemas micromecánicos dentro de los escarabajos en las primeras fases de su formación orgánica. El control de los vuelos y de los movimientos de los insectos se haría por control remoto, bien con GPS, con Radio Frecuencia o con señales de ultra sonido.
La finalidad principal de estas máquinas-insecto serían las misiones militares, por ejemplo, que llevaran video cámaras y pudiesen penetrar sin ser vistos en territorio enemigo para recopilar información.
También cucarachas cyborg
No es la primera vez que se informa de un avance tecnológico de estas características. En 2006 ya habíamos informado en otro artículo de un anterior insecto también convertido en cyborg: la cucaracha.
En aquel caso se trataba de un insecto al que habían sustituido las antenas por una mochila micro-robótica, dotada de mini cámaras u otros artilugios de captación de información. La proeza fue llevada a cabo en Japón, en la Universidad de Tokio, y en este caso se hizo mediante cirugía.
La finalidad de una cucaracha tan bien equipada sería la de localizar supervivientes entre las ruinas de una ciudad tras un terremoto o la de realizar misiones de espionaje industrial o militar. También los movimientos de este insecto eran seguidos y controlados a distancia, es decir, que era teledirigida.
Otro equipo que ha trabajado en esta misma línea es el del proyecto Cockroach Controlled Mobile Robot, de la Universidad de California, que pretende crear un sistema semi-inteligente en el que también una cucaracha desempeñará el papel de una "central processing unit" ó CPU de un ordenador.
La aparición del escarabajo cyborg confirma que estos experimentos prosiguen y que consiguen resultados, tal como había anticipado el año pasado a la revista Time el director de Inteligencia Artificial del MIT, Rod Brooks: "Se han realizado algunos experimentos en los que animales simples, como ratas y cucarachas, fueron operados y manejados por joysticks, pero es la primera vez que se ha inyectado un chip en el estado de crisálida y "criado" dentro de ella".
Eso quiere decir que no sólo cucarachas y escarabajos, sino que también ratas y otros animales simples están siendo experimentados con tecnologías avanzadas para manipularlos a voluntad con fines que van desde los humanitarios a los militares, pasando por los de la mera investigación.
