Un implante de grafeno supera las barreras técnicas para detectar actividad cerebral a frecuencias extremadamente bajas
Basado en grafeno, es capaz de detectar actividad eléctrica cerebral a frecuencias extremadamente bajas, por debajo de los 0,1 Hz, y sobre grandes áreas. El prototipo se desarrolló en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC; el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2, un centro de BIST y CSIC, y el CIBER-BBN. Publicada en Nature Materials, esta rompedora tecnología podría permitir un conocimiento más profundo del cerebro y facilitar la llegada de una nueva generación de interfaces cerebro-ordenador.
El conocimiento que tenemos sobre el cerebro humano crece de forma exponencial, pero aun así quedan grandes y pequeñas preguntas pendientes de respuesta. La comunidad investigadora ha usado durante décadas guías de electrodos para detectar la actividad eléctrica en el cerebro, mapeando la actividad de diferentes regiones del cerebro para conocer sus señales cuando todo funciona correctamente y, también, cuando algo está fallando.
A pesar de ello, hasta ahora estos electrodos tan solo han podido detectar la actividad por encima de cierto umbral de frecuencia. Una nueva tecnología desarrollada en Barcelona supera esta limitación técnica, haciendo accesible el gran volumen de información que se encuentra bajo los 0,1 Hz, al mismo tiempo que facilita el diseño de futuras interfaces cerebro-ordenador.
Desarrollada en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2, un centro de BIST y CSIC) y el CIBER Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), y adaptada para poder utilizarse en el cerebro por el Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), esta tecnología deja atrás los electrodos clásicos y usa una innovadora arquitectura basada en transistores que amplifica las señales del cerebro in situ antes de transmitirlas al receptor.
Además, el uso de grafeno en la fabricación de esta nueva arquitectura significa que el implante resultante puede incorporar muchos más puntos de detección que una guía de electrodos estándar, al mismo tiempo que es suficientemente delgada y flexible como para poder aplicarse sobre grandes áreas del córtex sin producir rechazo o interferir en el funcionamiento normal del cerebro. El resultado es un mapeado sin precedentes de la actividad cerebral de baja frecuencia donde se encuentra información crucial sobre diferentes eventos que tienen lugar en el cerebro, como por ejemplo el inicio y progresión de un ataque epiléptico.
Para los neurólogos esto significa que tendrán por fin acceso a las señales más sutiles del cerebro. El Prof. Matthew Walker,de la University College London y un especialista mundial en epilepsia clínica, ha afirmado que esta rompedora tecnología tiene el potencial de cambiar la forma en la que se mide y visualiza la actividad eléctrica del cerebro. Sus aplicaciones futuras ofrecerán una comprensión sin precedentes sobre dónde y cómo empiezan y terminan los ataques, posibilitando nuevos acercamientos al diagnóstico y tratamiento de la epilepsia.
Los detalles de los avances tecnológicos (pendientes de patente) que han hecho posibles estos implantes se han publicado en Nature Materials. El desarrollo de esta tecnología ha sido impulsado por el grupo de Aplicaciones Biomédicas del IMB-CNM del CSIC, dirigido por la investigadora del CSIC, Dra. Rosa Villa, con el Dr. Anton Guimerà Brunet como investigador principal del proyecto y Eduard Masvidal Codina, también del IMB-CNM, como primer autor del artículo. Por su parte, el Prof. ICREA Jose A Garrido ha dirigido los esfuerzos del ICN2. Los microtransistores de grafeno se adaptaron para la lectura de señales cerebrales y se testaron in vivo en el IDIBAPS, bajo la supervisión de la Prof. ICREA Mavi Sánchez-Vives. Una técnica de imagen fue desarrollada en colaboración con ICFO, una aportación liderada por el Prof. ICREA Turgut Durduran(ICFO es un centro de BIST). El trabajo conjunto que ha hecho todo esto posible ha sido cofinanciado por el Graphene Flagship y el proyecto BrainCom.
Artículo de referencia:
Eduard Masvidal-Codina, Xavi Illa, Miguel Dasilva, Andrea Bonaccini Calia, Tanja Dragojević, Ernesto E. Vidal-Rosas, Elisabet Prats-Alfonso, Javier Martínez-Aguilar, Jose M. De la Cruz, Ramon Garcia-Cortadella, Philippe Godignon, Gemma Rius, Alessandra Camassa, Elena Del Corro, Jessica Bousquet, Clement Hébert, Turgut Durduran, Rosa Villa, Maria V. Sanchez-Vives, Jose A. Garrido & Anton Guimerà-Brunet. High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors. Nature Materials (2018). Published: 31 December 2018. https://www.nature.com/articles/s41563-018-0249-4
Jed A. Hartings. How slow can you go? Nature Materials (2018). Published: 31 December 2018.
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0272-5