El neurocirujano de Mayo Clinic Kendall H. Lee, M. D., Ph. D., explora la manera en que la estimulación cerebral profunda puede ayudar a las personas con trastornos motrices de origen neurológico.
"Puedo te muestro algo?" se pregunta el investigador. Antes de que nadie responde, sus dedos rápidamente golpear lejos en la computadora. En su pantalla en un fotograma de vídeo pausa en un laboratorio de rata aparece.
"Se ha paralizado durante semanas," explica Kendall H. Lee, M.D., pH.d., un neurocirujano de Clínica Mayo en Minnesota. Hace clic en el botón play, y sacude la pierna derecha de la rata a la vida. Él juega más clips. En uno, una pierna lentamente se levanta y cae. En la otra, ambas piernas alternan movimiento, mímico la patada del nadador.
"No es sólo contracción", dice. "Nos estamos controlando esto sin cables."
Reanudar la comunicación
Imagínese perder el control de su cuerpo. Contracción nerviosa de las extremidades. Su cara se contorsiona. Se tomar un vaso de agua para tomar una copa, pero su mano tiembla vacía. Lamentablemente, para las personas con trastornos neurológicos y trastornos psiquiátricos, falta de control es fundamental para su vida cotidiana.
Una estrategia de tratamiento para ayudar a las personas con trastornos neurológicos basado en movimiento, como recuperar control sobre su cuerpo la enfermedad de Parkinson es la estimulación cerebral profunda (DBS). Electrodos implantados en el cerebro ofrecen suaves pulsos que estimulan la liberación de neurotransmisores o sustancias químicas, que activan las neuronas, portadores del mensaje del cerebro.
"Es como si DBS controla farmacología del cerebro, los neurotransmisores en el cerebro que ya está haciendo," explica el Dr. Lee, un especialista en DBS. Después de DBS ayuda a las neuronas a reanudar la normal comunicación entre sí, los síntomas de la enfermedad desaparecen.
Aunque a menudo éxito, la terapia tiene algunas desventajas. Por ejemplo, durante el procedimiento quirúrgico, el paciente debe permanecer despierto, y muchos pacientes son comprensiblemente reacios a someterse a una cirugía de cerebro mientras que consciente. ¿Pero los sistemas DBS actuales son un lazo abierto, lo que significa que durante la cirugía y sesiones de seguimiento de la calibración, los médicos deben confiar en síntomas visibles y respuesta subjetiva del paciente, al aplicar este estímulo, discurso mejora? ¿Disminuir los temblores? ¿No? Entonces vamos a probar esto...
Este soporte de inexactitudes e ineficacia entre DBS y su uso para otros trastornos neurológicos y psiquiátricos, especialmente aquellos que causa dolor, angustia mental y emocional y otra no visible condiciones que son difíciles de medir.
El Dr. Lee y sus colegas en el laboratorio de ingeniería Neural de la Clínica Mayo piensan que han encontrado una respuesta mejor. El equipo está desarrollando un sistema DBS "inteligente" que forma inalámbrica monitorea y mide neurotransmisores y utiliza realimentación biológica concreta para brindar estimulación precisa.
"Ahora estamos combinando la tecnología con nuestros conocimientos de biología y la biología mejor", dice el Dr. Lee.
Estímulo, respuesta
El desafío es construir circuito inalámbrico implantable avanzado bastantes para que coincida con la sofisticación del cerebro. Pero el enfoque interdisciplinario de Mayo únicamente va a tener éxito. Combina habilidad médica del equipo de Neurocirugía con la experiencia de Mayo en ingeniería y microchips. No muchas personas darse cuenta de que la Clínica Mayo tiene su propia división de ingeniería, presidida por el Kevin E. Bennet, cuyo trabajo es diseñar dispositivos, sistemas e instrumentos que no están disponibles comercialmente. En otras palabras, ellos aduana-hacer herramientas para ayudar a los pacientes.
Trabajando con el Dr. Lee y su grupo, los ingenieros están desarrollando sensores inalámbricos y prototipos de neuroestimulador, que utilizarán el circuito integrado personalizado diseñado por especial propósito procesador desarrollo grupo Mayo, dirigido por Barry K. Gilbert, Ph.D.
La colaboración ya alcanzó un hito clínico el año pasado con su sistema inalámbrico instantáneo neurotransmisor concentración de detección (WINCS), un dispositivo que rastrea los cambios en tiempo real de neurotransmisor en el cerebro. En un ensayo clínico de fase temprana, que con éxito grabado, sin cables, la liberación de neurotransmisores en 15 Parkinson y temblor esencial pacientes sometidos a cirugía DBS.
"Con el WINCS, ahora estamos viendo por primera vez lo que está cambiando en el cerebro," dice el Dr. Lee. "Es realmente emocionante, porque ahora Imagínate, si podríamos sacar provecho de ese conocimiento — el tipo de cosas que podemos hacer con estimulación cerebral profunda."
Grupo del Dr. Lee es ya saber con la Mayo investigación neuromodulación Control sistema (MINCS), un dispositivo de neuroestimulación sin cables controlados ópticamente vinculados a WINCS. Investigadores están utilizando el dispositivo implantable en modelos animales para entregar precisa estimulación sin cables. Es el dispositivo MINCS que mueve la pata de rata paralizada del Dr. Lee.
La próxima generación
«No es eso hermoso?» El Dr. Lee pide, admirando un cuadro de Harmoni WINCS.
Es la observación de un verdadero científico. Para el ojo inexperto, WINCS Harmoni se asemeja a una pequeña placa de circuito tirada de un teléfono celular, pero el Dr. Lee ve sus posibilidades ilimitadas, un sistema inteligente, autónomo, implantable de DBS. Ahora en etapa de prototipos, WINCS Harmoni combina WINCS, MINCS y un algoritmo complejo que traduce la reacción biológica de WINCS en patrones de estimulación precisa de MINCS.
Como el Dr. Lee describe la relación entre sensores, circuitos y ciencia, extrañamente pasa en describir su interacción como "armónico", un riff que en el nombre del sistema. Darse cuenta de esto, hace una pausa.
"Por cierto," él dice, "Harmoni no es para 'armonioso'. Es la palabra coreana para 'abuela', mi manera de honrar a alguien que es bueno".
Es una distinción de la apt. Magia tecnológica, WINCS Harmoni pretende tratar a las personas y en muchos casos proporcionan alivio a las familias. A través de la terapia DBS inteligente, personas con trastornos psiquiátricos complejos, dolor inmanejable, lesiones de la médula espinal, pérdida de memoria y un anfitrión de otros trastornos difíciles de tratar tienen esperanza, todo porque, como dice el Dr. Lee, Mayo tiene las herramientas para entender y controlar lo que está sucediendo en el cerebro y la médula espinal.
"Mi esperanza", dice, "es que esto abrirá una nueva era en medicina. Si te fijas en todos los medicamentos utilizamos de alguna manera afectan la química del cerebro, ahora estamos en una era donde podemos controlar los sistemas aún mejores. Así que en lugar de que la propuesta de' escopeta' de la medicina, podemos ir con los sistemas inteligentes de DBS."
Laboratorio de ingeniería Neural de mayo espera probar WINCS Harmoni en pacientes este año.