Excelenciencia

Grafeno en el cerebro

Xavier Pujol Gebellí

CIENCIA     |    NANOCIENCIAS    |    24/09/2014

Nada es imposible para el grafeno, el nuevo material basado en una capa única de átomos de carbono para el que se predicen todo tipo de soluciones tecnológicas, desde aviones mucho más resistentes y ligeros a aparatos informáticos tan flexibles que podrán plegarse sobre si mismos. Su potencial es de tales dimensiones que la UE ha decidido invertir mil millones de euros en su I+D+i. Entre la pléyade de aplicaciones descuella la puesta a punto de nuevos sensores. Por ejemplo, los que se están investigando en el Idibaps para registrar y estimular el cerebro.

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Esa, y no otra, es la teoría. La realidad sigue siendo, por el momento, otra cosa bien distinta. Del grafeno, dadas sus características físicas, se espera poco menos que una revolución en el mundo de los nuevos materiales. Conductividad eléctrica, propiedades optoelectrónicas, dureza y resistencia, flexibilidad o ligereza, le auguran un enorme potencial en ámbitos tan dispares como interconectados como serían la automoción, la aeronáutica, la energía, la electrónica en todas sus variantes o los sensores. De ahí que la Unión Europea decidiera, tiempo atrás, dotar su investigación fundamental y el desarrollo de nuevas aplicaciones y soluciones tecnológicas con mil millones de euros a distribuir en 10 años. Junto con el programa destinado al cerebro humano, suponen la apuesta formal europea por liderar dos de los campos con mayores expectativas de futuro.


¿Pueden interaccionar en algún momento y en algún punto ambos macroproyectos? Aunque formalmente no sea esa la intención, la realidad muestra en algún caso lo contrario. Una de ellas se da en la investigación de sensores y, de forma particular, en la propuesta coliderada por el Idibaps de Barcelona y el grupo CIBER del Centro Nacional de Microelectrónica-CSIC, además de la empresa austríaca Guger Technologies, para el desarrollo y puesta a punto de biosensores que actúen como interficie cerebro-máquina.

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Dispositivo para estimulación cerebral.
Foto: © University College London


El objetivo fundamental, cuenta María Victoria Sánchez-Vives, investigadora ICREA adscrita al Idibaps, es esclarecer qué usos o aplicaciones puede tener el grafeno como biosensor neural. "Nuestro proyecto consiste en utilizar el grafeno como interficie con el tejido neural”, describe. El proyecto Neurographene propone explorar si las características físicas atribuidas al grafeno se corresponden con la hipótesis que sugiere que podría ser una interficie ideal con el cerebro. "Es flexible, biocompatible, muy buen conductor, debe proporcionar buena señal-ruido… ".


Comunicarse con el cerebro

La propuesta persigue implementar un dispositivo en contacto directo con el cerebro que permita obtener registros de actividad neural de alta calidad, tanto para uso en neurociencia básica como para uso en clínica con fines de evaluación y diagnósticos. La obtención de registros es también útil en sistemas de interfaz cerebro-ordenador, para permitir controlar a través de la actividad cerebral "un ordenador, un brazo robótico” o cualquier otro elemento que facilite la vida a pacientes privados de movilidad, como tetrapléjicos o afectados graves por esclerosis múltiple. Todas ellas, aclara la investigadora, son aplicaciones ya descritas para otro tipo de materiales. "Queremos ver si con el grafeno podemos mejorar los resultados”. Y al mismo tiempo, determinar las mejoras que puede suponer el grafeno para la estimulación cerebral.

María Victoria Sánchez-Vives: «Una de las ventajas del grafeno es que no es un material ferromagnético, lo cual permite que sea compatible con sistemas de imagen cerebral. Es flexible, biocompatible, muy buen conductor, debe proporcionar buena señal-ruido…».
La primera fase del proyecto de investigación consiste en la puesta a punto del dispositivo y, desde un punto de vista experimental, evaluar la calidad de la interacción que se logra con el cerebro, esto es, de los registros que se obtengan o de la estimulación, y comparar los resultados con otros dispositivos y materiales ya existentes. "Una de las ventajas del grafeno es que no es un material ferromagnético”, explica Sánchez-Vives, lo cual permite que sea compatible con sistemas de imagen cerebral. La colaboración entre los tecnólogos y los experimentalistas neurocientíficos esperan que resulte en un diseño que explote las ventajas aportadas por el nuevo material y a la vez lo adapte a las necesidades experimentales, y en el futuro, clínicas.


Del ideal a lo posible

De cualquier nuevo dispositivo que deba implantarse directamente en el cerebro, sea de grafeno o de cualquier otro material, los investigadores y expertos en neurociencias esperan que sea "totalmente biocompatible”, es decir, que no produzca una reacción del tejido neural; que proporcione en la señal que se registra una resolución espacial y temporal muy precisa; que sea una tecnología sin cables; que la relación señal-ruido sea excelente; que pueda implantarse con una cirugía mínima; que sea compatible con los sistemas de imagen; que sea muy estable tanto física como químicamente.

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Captación de bioseñales.
Foto gentileza de Guger Technologies


En su carta a los Reyes, Sánchez-Vives añade aún otra condición ideal: que pueda ser reabsorbible. Esta última condición no está descrita en la literatura científica del grafeno, admite, pero sí lo están, en mayor o menor medida, el resto de las citadas. Si se cumplen las condiciones especificadas, la investigadora no duda de que se podría disponer de una interficie ideal para el registro y recogida de información, facilitar la interacción con un elemento externo como si se tratara de un periférico con el que el cerebro se comunica sin cables y una herramienta de diagnóstico prequirúrgico y de estimulación eléctrica en casos de déficit sensorial o de enfermedades cerebrales que puedan mejorar gracias a estímulos eléctricos.

¿En estas condiciones sería el dispositivo el intermediario para lograr una extensión del cerebro? "En buena parte sí”, considera Sánchez-Vives, puesto que el paciente al que le fuera implantado le permitiría transmitir instrucciones "a un ordenador, a cualquier sistema que pueda tener instalado en casa o a un cuerpo robótico”. El paquete de comandos necesarios para ello, insiste, pueden emplearse del mismo modo. "Una vez se obtiene la señal, puede valer tanto para mover para mover una silla de ruedas, un cursor o un robot”.



Del diagnóstico a la estimulación

Estos dispositivos se están empleando ya de forma habitual en pacientes con epilepsia para los que se requiere un diagnóstico prequirúrgico con una "gran precisión espacial y temporal”. La colaboración con neurocirujanos del IDIBAPS, expertos en este trabajo con pacientes, será de gran valor para el desarrollo de aplicaciones clínicas. Del mismo modo, explica María Victoria Sánchez-Vives, existe "un gran interés” en el ámbito de la estimulación cerebral. Aunque el debate en este campo sigue siendo extraordinariamente abierto, no son pocos los investigadores que sostienen que en casos de daño neural localizado, como los que se registran en un ictus o en la enfermedad de Alzheimer, la estimulación eléctrica podría favorecer la reconexión entre neuronas y, de este modo, favorecer también la recuperación del paciente.

El interés por la estimulación cerebral es más que notable, enfatiza la investigadora. "Existen métodos no invasivos de carácter comercial dirigidos a población general que buscan mejorar la cognición”, dice. "Es un área muy prometedora porque tal vez, y solo tal vez, podría modificarse el cerebro actuando mediante patrones de estimulación eléctrica para lograr mayor plasticidad, corregir déficits o reconectar neuronas. Sin embargo, confirmar este potencial y determinar los posibles efectos indeseados requiere aún investigación en profundidad por parte de la comunidad neurocientífica”.


Tecnología para mejorar las capacidades cerebrales.
Fuente: Vídeo realizado por los alumnos del Taller de vídeo de la XVIII edición del Máster en comunicación científica, médica y ambiental (Silvia Bailén, Júlia Bestard, Àgata d'Agostino, Jordi Lanuza, Vanessa Núñez, Núria Saladié y Néstor Santiago).





Xavier Pujol Gebellí

Periodista

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