En la actualidad, un grupo de investigadores está construyendo dispositivos electrónicos biocompatibles en sustratos finos y flexibles. El grupo espera crear interfaces neurales que tomen medidas de mayor resolución de la que está disponible hoy en día sin irritar o provocar cicatrices en el tejido cerebral.
"La biocompatibilidad es un reto importante para las nuevas generaciones de implantes médicos", afirma Brian Litt, profesor de neurología y bioingeniería en la Escuela de Medicina de la Universidad de Pennsylvania. "Queríamos fabricar dispositivos ultrafinos y que puedan ser insertados en el cerebro a través de pequeños orificios en el cráneo, y estar fabricados con materiales biocompatibles", señala éste. Litt está trabajando con un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign quienes están construyendo dispositivos electrónicos flexibles de alto rendimiento a partir de silicio y otros materiales convencionales sobre sustratos de películas de seda mecánicamente resistentes y biodegradables proporcionadas por unos investigadores de la Tufts University.
Esta semana en la revista Nature Materials, el equipo informa sobre el uso de un dispositivo con eléctrodo de seda para medir la actividad eléctrica de la superficie del cerebro en gatos. La seda es fuerte mecánicamente--eso significa que las películas pueden ser enrolladas e insertadas a través de un pequeño orificio en el cráneo –además, se puede disolver en biomoléculas inofensivas a lo largo del tiempo. Cuando se coloca en el tejido cerebral y se humedece con solución salina, una película de seda se encogerá y se envolverá alrededor de la superficie del cerebro, colocando así los electrodos dentro de las arrugas del tejido. Las matrices de electrodos de superficie convencionales no pueden llegar a estas grietas, las cuales constituyen una gran parte de la superficie del cerebro.
"Un dispositivo como éste abriría completamente nuevos caminos para todo tipo de aplicaciones neurocientíficas y clínicas ", afirma Gerwin Schalk, investigador del Centro Wadsworth en Albany, Nueva York, quien no está afiliado con el grupo del eléctrodo de seda. "Lo que preveo es la colocación de un dispositivo basado en seda alrededor de todo el cerebro obteniendo así una imagen continua de la función cerebral durante semanas, meses o años, en alta resolución espacial y temporal."
nLa principal ventaja de los electrodos de superficie sobre los implantados es que no causan cicatrices, señala Andrew Schwartz, profesor de neurobiología en la Universidad de Pittsburgh. En 2008, Schwartz demostró que un mono con un electrodo en el cerebro puede controlar una prótesis de brazo para alimentarse. "Este diseño es aún mejor porque tiene un tamaño relativamente pequeño y es flexible--podría hacer estos implantes menos traumáticos", afirma éste. "Lo que realmente estaría bien es si se pudiera amplificar la señal cerca de donde se recoge para reducir el ruido, multiplexando además la señal para reducir el número de cables necesarios", señala Schwartz.
Los investigadores de los nuevos dispositivos electrónicos de seda dicen que éste es su próximo paso, y una de las principales promesas de la tecnología. Ya han presentado matrices flexibles de transistores de silicio basadas en seda, y las han probado en animales—sólo que aún no en el cerebro. Schwartz afirma que otros grupos han reconocido la importancia de la multiplexación y la amplificación de la señal, pero han estado trabajando con placas de circuitos rígidos que no son tan biocompatibles. La incorporación de estos componentes activos reduciría el número de cables necesarios en estos implantes, que hoy en día requieren un cable por sensor. Y unos dispositivos activos podrían responder a la actividad del cerebro para proporcionar estímulos eléctricos, o liberar fármacos. (Uno de los colaboradores en el proyecto de la seda, David Kaplan de la Tufts University, ha demostrado que los dispositivos de seda implantados en el cerebro de animales pequeños pueden administrar medicamentos contra la epilepsia).
La adición de transistores a los dispositivos electrónicos es actualmente un reto de diseño, señala John Rogers, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El diseño de matriz de electrodos que su grupo encontró como el más compatible con el tejido cerebral es una malla—las hojas sólidas no se ajustan alrededor del tejido cerebral de forma tan eficaz. Además, añadir los transistores de silicio a la malla es más difícil que hacerlo en un sustrato sólido. No obstante, afirma Rogers, todas las piezas principales están en su lugar y sólo necesitan ser integradas. Con más desarrollo y pruebas para demostrar que los dispositivos son seguros, afirma Rogers, "esperamos que ésta será la base de nuevas interfaces cerebro-máquina de mayor calidad".