Los científicos han hackeado el cerebro de una mosca y manipulado sus neuronas para controlar a distancia sus movimientos. Mediante campos magnéticos modulados a voluntad, estimulan neuronas que en medio segundo desencadenan comportamientos inducidos. Una tecnología que también se explora para seres humanos.
Investigadores de la Universidad de Rice, la Universidad de Duke, la Universidad de Brown y la Facultad de Medicina de Baylor, han controlado remotamente los movimientos de una mosca activando a distancia neuronas específicas.
Esta tecnología, que combina ingeniería genética, nanotecnología e ingeniería eléctrica, activa los circuitos neuronales unas 50 veces más rápido que la mejor tecnología demostrada anteriormente para la estimulación magnética de neuronas definidas genéticamente, según los investigadores.
Para conseguirlo, utilizaron señales magnéticas para activar neuronas: eso les permitió controlar la posición del cuerpo de las moscas de la fruta que se movían libremente por un recinto. Los resultados de este trabajo se publican en la revista Nature Materials.
Esta capacidad de activar células genéticamente seleccionadas en momentos precisos podría ser una herramienta poderosa para estudiar el cerebro, tratar enfermedades y desarrollar tecnología de comunicación directa entre el cerebro y la máquina, según los investigadores.
Magnetogenética
Todo este desarrollo se basa en la magnetogenética, una técnica biológica que implica el uso de campos magnéticos para controlar de forma remota la actividad celular.
Esta tecnología, que usa la activación de neuronas mediante campos magnéticos, podría aplicarse a casos de Parkinson, del Trastorno Obsesivo Compulsivo (TOC) o incluso de la epilepsia, para sustituir los electrodos que se utilizan actualmente para la estimulación cerebral profunda.
La tecnología inalámbrica desarrollada en esta investigación para activar de forma remota circuitos cerebrales específicos en moscas de la fruta consigue que la velocidad del control magnético remoto alcanzado se aproxime a la velocidad del cerebro, dando esperanza para terapias sin cirugía.
Sin embargo, la activación cronometrada de células específicas no es algo totalmente nuevo, ya que se ha utilizado anteriormente para estudiar el cerebro, tratar enfermedades (estimulación profunda para el Parkinson o la epilepsia) y desarrollar tecnología de comunicación directa cerebro-máquina o cerebro-cerebro.
Jugando con el calor
Lo que es realmente significativo de la nueva investigación es que aporta una forma original de controlar las neuronas con electroimanes: utiliza el calentamiento de nanopartículas magnéticas introducidas en los canales iónicos de las neuronas sensibles a la temperatura.
En concreto, los investigadores empezaron modificando genéticamente las moscas para que expresaran este canal iónico sensible al calor específico en algunas de sus neuronas: les inyectaron nanopartículas de óxido de hierro magnético, que pueden calentarse con un campo magnético.
Las neuronas seleccionadas para recibir esas nanopartículas son las que hacen que las moscas extiendan parcialmente sus alas, cuando se plantean el apareamiento.
El recinto donde estaban las moscas estaba depositado sobre un electroimán: el campo magnético que afecta a las moscas se altera mediante el flujo de una corriente eléctrica que llega al electroimán a través de los los investigadores.
Cuando los investigadores activan el electroimán con una carga eléctrica, el canal de iones implantado en las neuronas capta ese calor. Entonces el canal se abre y activa la neurona: la mosca extiende sus alas.
Un análisis del video de los experimentos comprobó que las moscas, con las modificaciones genéticas, adoptaron la postura de alas extendidas alrededor de medio segundo después del cambio del campo magnético.
Tecnología crítica
Este desarrollo tiene miga, ya que sus pretensiones no se limitan a la mosca de la fruta, que es solo la prueba de concepto de una tecnología más ambiciosa.
Jacob Robinson, el autor principal de esta investigación, es al mismo tiempo el director del proyecto Magnetic, Optical And Acoustic Neural Access (MOANA), financiado por la DARPA para el desarrollo de una tecnología de auriculares para la comunicación no quirúrgica, inalámbrica, de cerebro a cerebro, según informa la misma universidad Rice en la que trabaja Robinson.
El objetivo a largo plazo de este trabajo es crear métodos para activar regiones específicas del cerebro en humanos con fines terapéuticos sin tener que realizar una cirugía, explica Robinson.
Más concretamente, el equipo de Robinson está trabajando con el objetivo de restaurar parcialmente la visión de los pacientes ciegos mediante la estimulación de partes del cerebro asociadas con la visión.
¿Hay algo más?
Sin embargo, la realidad es que la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) es una agencia del Departamento de Defensa de Estados Unidos responsable del desarrollo de nuevas tecnologías para uso militar. Y es la que está financiando también el proyecto de control cerebral remoto de la mosca de la fruta usando magnetogenética.
Uno de los objetivos declarados de DARPA es desarrollar un interfaz capaz de decodificar la actividad neuronal en la corteza cerebral y de reconducir esta actividad en el cerebro de otra persona, algo que de momento ya se ha conseguido con la mosca de la fruta.
Conectados al cerebro de una rata
Pero no ha sido el único intento. En 2019, científicos chinos conectaron un cerebro humano con el cerebro de una rata y consiguieron que el roedor siguiera las indicaciones facilitadas por el cerebro humano para salir de un laberinto.
En 2021, investigadores de la Universidad de Miami desarrollaron nanopartículas magnetoeléctricas (MENP) que, integradas en el torrente sanguíneo humano, pueden llegar al cerebro, registrar la actividad mental de una persona y traspasar esa información a un ordenador externo.
En ambos casos, la tecnología empleada ha sido diferente, pero ningún experimento previo ha llegado tan lejos en el intento de manipular el cerebro de otro ser vivo, con la finalidad de descubrir cómo conseguirlo con seres humanos.
Referencia
Subsecond multichannel magnetic control of select neural circuits in freely moving flies. Charles Sebesta et al. Nature Materials (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-022-01281-7
