Un sistema para insertar electrodos en el cerebro sin levantar el cráneo
Acceder al cerebro para poder leer con precisión sus señales es una tarea rutinaria en neurocirugía. La técnica, conocida como electrocorticografía (ECoG), requiere la instalación de una malla de electrodos en la corteza cerebral para registrar la actividad eléctrica y localizar un foco epiléptico o las áreas funcionales antes de operar un tumor, algo que no se puede hacer con un simple encefalograma (EEG). Estos detectores se dejan instalados durante días en la cabeza del paciente, mientras permanece ingresado, y los datos que aportan permiten operar con mucha más seguridad.
El principal inconveniente de este procedimiento es que es muy invasivo e implica la realización de una craneotomía. Es decir, hace falta perforar y levantar un fragmento amplio del cráneo para poder instalar los electrodos, con el consiguiente riesgo de complicaciones postquirúrgicas, como una hemorragia o una infección.
En un trabajo publicado esta semana en la revista Science Robotics, un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica de Lausana (EPFL), en Suiza, presentó un sistema alternativo inspirado en la naturaleza que permite introducir una matriz de electrodos corticales a través de un pequeño orificio en el cráneo. En lugar de la craneotomía habitual, esta técnica requiere únicamente un trépano de apenas dos centímetros por el que se introduce la malla enrollada y se despliega una vez situada en el interior. En palabras de la investigadora de la Universidad de Chalmers Maria Asplund, que escribe un artículo de análisis en la misma revista, es como el delicado trabajo que permite desplegar las velas de un barco en miniatura en el interior de una botella de cristal.
Esta técnica requiere un trépano de apenas 2 cm por el que se introduce la malla enrollada y se despliega una vez situada en el interior
“Aprovechamos la robótica blanda y los dispositivos bioelectrónicos blandos para proponer un sistema implantable que responde a las necesidades clínicas relacionadas con la seguridad, la cobertura de la corteza y la detección electrofisiológica”, escriben el autor principal del estudio, Sukho Song, y su equipo. El dispositivo tiene seis brazos en forma de espiral que, una vez desplegados, tienen cuatro centímetros de diámetro. El conjunto de electrodos al completo, con sus brazos en espiral, está cuidadosamente doblado dentro de un tubo cilíndrico, que es el que se introduce a través del pequeño orificio en el cráneo.
Inspirado en las raíces de los árboles
“Necesitábamos diseñar una matriz de electrodos en miniatura capaz de plegarse, pasar a través de un pequeño orificio en el cráneo y luego desplegarse en una superficie plana que descansa sobre la corteza”, explica la investigadora de la EPFL, Stéphanie Lacour, en una nota de la institución. “Debía ser lo suficientemente ligero como para no presionar o dañar el cerebro sobre el que se sostiene y suficientemente fuerte como para resistir el despliegue en este espacio tan estrecho”. Según Suhko Song, este sistema está inspirado en el crecimiento de las raíces de los árboles. “La belleza del mecanismo es que podemos desplegar un tamaño arbitrario de electrodo con una compresión constante y mínima en el cerebro”, asegura.
Por ahora, la matriz de electrodos desplegables se probó con éxito en un minicerdo y antes de aplicarse en los quirófanos deberá pasar diferentes fases de control y estrictas pruebas de seguridad en humanos. Cuando los investigadores estimularon el hocico del animal, el dispositivo captó la actividad cerebral relacionada con la sensación táctil. “El potencial de traducción de este enfoque es de gran valor para el registro cerebral”, escribe Maria Asplund, quien subraya que el dispositivo podría “proporcionar una vía para superar los desafíos de acceder de una manera menos invasiva a varios tipos de tejidos”, no solo el cerebral.
Más rápido y seguro
Juan Antonio Barcia, neurocirujano del Hospital Clínico de Madrid con amplia experiencia en este tipo de intervenciones, reconoce que, si se prueba la eficacia y la seguridad de este sistema, puede presentar una mejora clara para los pacientes. “Estamos hablando de pasar de dos horas de quirófano para instalar los electrodos a, a lo mejor, un cuarto de hora”, explica a elDiario.es. “Hasta ahora es necesario hacer una craneotomía, un corte del hueso grande para que quepa la malla”, añade. “Con este sistema, a través de un agujero de trépano 20 milímetros, los autores meten este dispositivo que luego se expande con suero salino. Y tiene un sistema de presión robótico que mide todo el rato la presión cuando llega a la zona para evitar daños”.
Estamos hablando de pasar de dos horas de quirófano para instalar los electrodos a, a lo mejor, un cuarto de hora
El sistema no solo es más rápido, señala el doctor, sino que conlleva menos posibilidad de infección o hemorragia. Entre los inconvenientes que no se han probado, el neurocirujano apunta el riesgo de producir un daño en las venas cortinomeníngeas durante la intervención, porque al no retirar el cráneo, no se ven. “Se puede minimizar si haces un TAC previo para verlas e intentar evitarlas”, soluciona Barcia. A su juicio, sería interesante aplicarlo en un futuro no solo para registrar señal, sino también para estimular eléctricamente, y presenta un enorme potencial para el diseño de interfaces cerebro-ordenador como los que ya se usan para prótesis robóticas o para recuperar el movimiento en pacientes con lesión medular.
Esteban Cordero, neurocirujano y coordinador de la cirugía de epilepsia del Hospital Vall d’Hebron, también considera que este sistema es interesante y útil. En los casos de tumor cerebral, en los que hay que hacer una primera operación y la señal se monitoriza durante la cirugía, un sistema menos invasivo no sería muy útil, a su juicio, pero sí lo será en los casos de epilepsia. “Solo supliría los casos en los que quieres hacer un mapeo de una zona del cerebro, que tú no quieres operar de entrada y necesitas hacer primero el registro”, explica. En los casos de pacientes con epilepsia hay que hacer craneotomías muy amplias, con mantas de hasta 64 electrodos, pero esto no sería un problema si, como afirman los propios autores, su sistema es extensible y se pueden añadir más patas y alargarlas. “En estos casos te ahorrarías una intervención tan amplia y sobre todo los efectos secundarios, como el edema cerebral, las crisis epilépticas y la inflamación del cerebro en general”.
Referencias: Deployment of an electrocorticography system with a soft robotic actuator (Science Robotics) | Accessing the brain with soft deployable electrocorticography arrays (Science Robotics)
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