Neurotecnología de rehabilitación: del laboratorio a la vida cotidiana 

En el marco del lanzamiento del informe Neurotecnología para el bienestar humano, desde la Fundación Innovación Bankinter seguimos con la labor divulgativa a través de un nuevo webinar. El informe es el fruto de la reunión de nuestro think tank Future Trends Forum, donde convocamos a más de 40 expertos de renombre internacional para dialogar sobre la reparación y mejora de las capacidades humanas mediante la neurotecnología y otras aplicaciones innovadoras, y analizar las oportunidades y los riesgos que se presentan. 

En este nuevo webinar hemos unido a dos destacados expertos en neurotecnología y rehabilitación que participaron en nuestro think tank, Ander Ramos-Murguialday y Javier Mínguez, para explorar el vanguardista cruce entre la inteligencia artificial, la robótica, los sensores inteligentes y la neurociencia aplicada para rehabilitación neurológica.  

Este artículo se centra en la intervención de Ander Ramos-Murguialday y pronto publicaremos otro con la de Javier Mínguez. 

Ander Ramos-Murguialday es un destacado investigador en el campo de la neuroprostética, interfaces cerebro-máquina e interfaces neuronales, enfocándose principalmente en la rehabilitación o restauración de la función motora. Líder de Neurotecnología y Ciencia Traslacional en TECNALIA y jefe de grupo en el Instituto de Psicología Médica y Neurobiología del Comportamiento de la Universidad de Tubinga, lidera también el laboratorio RamosLab, donde se lleva a cabo investigación clínica aplicada, desarrollando tecnologías innovadoras para la rehabilitación de pacientes con discapacidades motoras mediante el uso de interfaces cerebro-máquina no invasivas y estimulación neuromuscular. 

A lo largo del webinar, Ander Ramos-Murguialday comparte su experiencia en la neurorrehabilitación motora post-ictus, por medio de interfaces neuronales no invasivas e implantables y su combinación con exoesqueletos robóticos y estimulación electromagnética.  

Aquí puedes ver el webinar con Ander Ramos-Murguialday: 

Neurotecnología avanzada: del laboratorio al hogar (Ander Ramos-Murguialday) 

A continuación, te resumimos las ideas clave y los progresos en neurotecnología para rehabilitación tras un ictus que ha compartido Ander Ramos-Murguialday durante este webinar: 

¿Qué es la neurotecnología? 

Según Ramos-Murguialday, la neurotecnología es una intersección de múltiples disciplinas —incluyendo ingeniería, neurociencia, clínica, informática y matemáticas— con dos objetivos claros:  

• primero, profundizar nuestro entendimiento del sistema nervioso y  
• segundo, desarrollar sistemas capaces de restaurar o mejorar funciones en personas con discapacidades de origen neuronal o, incluso, potenciar las capacidades humanas existentes. Esta perspectiva personal subraya el potencial transformador de la neurotecnología en el tratamiento y mejora de la condición humana. 

Neurotecnología: un poco de historia 

La neurotecnología, una fusión entre la neurociencia y la tecnología, ha experimentado una evolución notable desde sus inicios. Todo comenzó en 1770 con John Walsh, quien experimentó la bioelectricidad a través del estudio del pez raya, un descubrimiento que Luigi Galvani expandiría en 1780 al definir la electricidad animal como bioelectromagnetismo, marcando la primera interacción documentada con el sistema nervioso humano. Este descubrimiento sentó las bases de la electrofisiología. 

Entre 1908 y 1930, Edmund Jacobson profundizó en el estudio del control de oscilaciones neuronales a través de la relajación muscular, destacando la importancia de la bioimpedancia. Sin embargo, fue Hans Berger en 1929 quien revolucionó el campo al inventar la electroencefalografía, permitiendo por primera vez el registro de la actividad eléctrica del cerebro. 

Los avances continuaron en la década de 1960, cuando se realizaron los primeros intentos de controlar las señales cerebrales y se introdujo el neurofeedback (técnica, que involucra el entrenamiento del cerebro para mejorar su funcionamiento). En 1969, se demostró la viabilidad de los implantes cerebrales en primates, y en 1973, se presentó el primer interfaz cerebro-máquina (BCI) con seres humanos, abriendo nuevas posibilidades para la interacción directa entre el cerebro y los dispositivos electrónicos. 

En la década de 1970, un descubrimiento casual por parte de Sterman reveló una correlación entre el neurofeedback y la reducción de ataques epilépticos, demostrando su primera aplicación clínica significativa. Desde entonces, y a pesar de enfrentarse al escepticismo y a desafíos, incluyendo acusaciones de pseudociencia, el campo de la neurotecnología continuó avanzando gracias a investigaciones serias y aplicaciones prácticas. 

En el nuevo milenio, se han realizado avances significativos, incluyendo el uso de interfaces cerebro-máquina en humanos para mejorar la neuroplasticidad y tratar diversas patologías, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la epilepsia y el ictus.  

La neurotecnología no solo se limita a registrar la actividad cerebral y a estimular el cerebro; también incluye dispositivos de estimulación fuera del cerebro, como los marcapasos, que han sido parte de nuestra vida desde 1958. Además, las prótesis cocleares y los dispositivos de estimulación cerebral profunda para el tratamiento del Parkinson son ejemplos de cómo la neurotecnología mejora vidas. Recientemente, se ha introducido la primera prótesis visual, marcando otro hito. Este campo, respaldado por inversiones significativas de figuras prominentes como Elon Musk y empresas como Facebook, muestra un crecimiento exponencial. Con aproximadamente 2.000 millones de personas afectadas por trastornos cerebrales o nerviosos globalmente, el mercado de la neurotecnología es enorme y promete transformaciones futuras aún más impresionantes en la interacción cerebro-máquina. 

Neurotecnología para la rehabilitación de pacientes post-ictus 

En lo relativo a las aplicaciones clínicas de la neurotecnología, existen: 

• la cognitiva:  depresión, esquizofrenia, demencia, deterior cognitivo, etc. 
• la motora: hemiplejía, traumatismo craneoencefálico, desmielinización, etc. y  
• las funciones orgánicas: estreñimiento, disfunción eréctil, incontinencia urinaria, etc. 

De todas ellas, el Dr. Ramos-Murguialday se centra en el webinar en la aplicación motora, y específicamente, aplicado a pacientes que han sufrido un ictus. 

El ictus, un término que muchos hemos escuchado pero que quizás no comprendemos completamente, representa uno de los desafíos más significativos en el campo de la medicina cardiovascular. Este fenómeno, que ocurre en el cerebro, puede manifestarse de dos formas principales: como una hemorragia, resultado de la ruptura de un vaso sanguíneo, o como la obstrucción del flujo sanguíneo de una arteria (trombosis o embolia) que impide el flujo sanguíneo hacia una zona específica del cerebro, llevando a la muerte celular. 

Las implicaciones del ictus 

La gravedad del ictus radica en su capacidad para interrumpir las vías piramidales, esenciales para la transmisión de la voluntad de movimiento hacia nuestros músculos. Esta interrupción se asemeja a un «agujero en la carretera» de nuestras señales neuronales, resultando en una pérdida de control motor, disminución de masa y tono muscular, espasticidad (una hiperflexión que conduce a una flexión excesiva) y alteraciones en las sinergias musculares – es como si, al intentar estirar el brazo hacia adelante, este se contrae involuntariamente hacia el pecho-, evidenciando conexiones neuronales erróneas o mal conectadas. 

La neurorrehabilitación: un rayo de esperanza 

Utilizando principios del aprendizaje instrumental, la neurorrehabilitación busca restaurar la función motora mediante la estimulación de la plasticidad neuronal. Donald Hepp, uno de los pioneros en el estudio de la neuroplasticidad, nos enseñó que «dos células o dos neuronas que se disparan a la vez acaban uniéndose». En este sentido, la neurorrehabilitación se enfoca en reconectar la voluntad de movimiento con la actividad neuronal, a través de la repetición y el feedback sensitivo y propioceptivo, esperando reactivar o generar nuevas conexiones neuronales. 

Interfaces cerebro-máquina: un puente hacia la recuperación 

Las interfaces cerebro-máquina permiten registrar la actividad cerebral e incluso la actividad muscular residual. A través de esta tecnología, se decodifica cómo y hacia dónde el paciente desea moverse, facilitando ese movimiento y promoviendo la neuroplasticidad. Este enfoque busca reactivar neuronas silenciosas y, además, unir aquellas que están activas simultáneamente, con el objetivo final de restaurar la función motora. 

El ictus, con sus profundas implicaciones en la vida de quienes lo padecen, plantea un reto monumental. Sin embargo, los avances en neurorrehabilitación y la implementación de interfaces cerebro-máquina abren un horizonte lleno de esperanza. A través de la comprensión y aplicación de estos enfoques, la ciencia se encamina a devolver la autonomía y mejorar la calidad de vida de miles de personas afectadas por esta condición.  

Evolución de la neurorrehabilitación 

La perseverancia, la innovación, el conocimiento y los equipos multidisciplinares se entrelazan para redefinir los límites de lo posible en la medicina moderna. Así nos lo demuestra Ander Ramos-Murguialday, quien repasa los proyectos que ha ido desarrollando desde 2007 hasta hoy y cómo han conseguido mejorar la vida de pacientes que han sufrido un ictus: 

La neurorrehabilitación ha experimentado un cambio radical en los últimos años. En 2007, Ramos-Murguialday lideró un proyecto en el que pacientes controlaban un robot de rehabilitación usando únicamente su actividad cerebral. Este experimento, que involucraba el movimiento de estirar el brazo y abrir la mano, reveló que aquellos pacientes que realmente controlaban el robot con su mente mostraban mejoras motoras significativas. Este hallazgo subrayó la importancia de la conexión directa entre el cerebro y la actividad física en la rehabilitación. El proyecto evolucionó hacia sistemas más complejos, donde la actividad cerebral y la muscular se combinaban para guiar el movimiento, mejorando la sincronización entre el deseo de moverse y la acción. La creación del proyecto AMoRSA, un escenario de rehabilitación que integraba videojuegos y avatares controlados por el paciente, marcó un hito al hacer la rehabilitación más interactiva y agradable, a pesar de la complejidad de su configuración. 

Los avances en neuromodulación representaron un salto hacia la comercialización de estas tecnologías, con el desarrollo de sensores portátiles y sistemas de rehabilitación más sencillos y eficaces. El objetivo era hacer que la neurorrehabilitación fuera más accesible y más rápida, eliminando las barreras para su implementación en la vida cotidiana de los pacientes. Ramos-Murguialday también exploró técnicas como la estimulación magnética transcraneal, donde las ondas cerebrales del paciente influían en el tratamiento sin su intervención consciente. Esta aproximación abre nuevas vías para mejorar la comunicación entre el cerebro y los músculos, potenciando la recuperación motora. 

Uno de los aspectos más desafiantes y prometedores de este campo es la mejora de la decodificación de señales cerebrales y el fomento de la plasticidad neuronal, elementos cruciales para la recuperación de funciones motoras tras eventos como un ictus. La tecnología no invasiva actual, aunque avanzada, tiene limitaciones en la precisión de la decodificación. Esta limitación lleva también a explorar cómo una decodificación más precisa y rápida podría mejorar significativamente la plasticidad cerebral, ya que la plasticidad, o la capacidad del cerebro para reorganizarse y adaptarse, es fundamental para la recuperación motora. Mejorar la capacidad para decodificar señales cerebrales en tiempo real podría acelerar este proceso, haciendo que la rehabilitación sea más efectiva y eficiente. Para superar estas limitaciones, se contempla la transición hacia tecnologías invasivas, que, aunque presentan riesgos, ofrecen una mayor fidelidad en la captura y decodificación de señales cerebrales. Este enfoque es ilustrado por Ramos-Murguialday en un proyecto multidisciplinar y transcontinental, donde se implantó un pequeño array de microelectrodos en la corteza motora de un paciente post-ictus. Este procedimiento, realizado con el apoyo de imagen multimodal, permitió una comunicación directa y precisa con las áreas cerebrales responsables del movimiento. Además, se avanzó hacia un sistema de control híbrido, que integra tanto la actividad neuronal directa del cerebro como la actividad residual de los músculos. Esta fusión permite un control más natural y efectivo de dispositivos de asistencia, como los exoesqueletos robóticos, facilitando un espectro más amplio de movimientos rehabilitativos. 

Los resultados de utilizar esta tecnología durante algunos meses son testimonio de su potencial transformador: pacientes que inicialmente presentaban una funcionalidad casi nula en sus manos y brazos comenzaron a realizar movimientos funcionales prácticos, esenciales para las actividades diarias. Esta recuperación no solo se reflejó a nivel funcional sino también neurofisiológico, demostrando una similitud notable en la actividad muscular entre el miembro afectado y el sano. 

La culminación de estos esfuerzos es llevar la neurorrehabilitación al hogar de los pacientes a través de videojuegos que promueven la recuperación motora. Este enfoque pone énfasis en la autonomía del paciente, permitiéndoles gestionar su propio tratamiento y facilitando la integración de la rehabilitación en su rutina diaria. En última instancia, el trabajo de Ramos-Murguialday y su equipo refleja un cambio paradigmático en la neurorrehabilitación: de una práctica clínica centrada en el especialista y el equipo, a una más personalizada, empoderadora e integrada en la vida del paciente. 

Tras la ponencia, Ander respondió a las preguntas de los asistentes al webinar:  

Preguntas y respuestas sobre neurorrehabilitación con Ander Ramos-Murguialday 

¿El cerebro reaprende a moverse tras un ictus conectando neuronas para generar movimiento voluntario a través de movimientos musculares dirigidos? 

Aunque un ictus puede impedir el movimiento, el cerebro aún intenta generar la actividad necesaria para moverse. Este esfuerzo produce actividad cerebral que, aunque bloqueada por el daño, puede ser «bypassed» con tecnología. Al decodificar estas señales e intentar mover el brazo paralizado con un exoesqueleto, se potencia la actividad muscular residual. Este proceso fortalece la retroalimentación neuronal y muscular, mejorando la actividad motora. 

¿Se pueden condicionar respuestas motoras, por ejemplo en pacientes con Parkinson, con estímulos emocionales y rítmicos? 

Teóricamente, sí. Hay investigaciones que usan ritmos auditivos sincronizados para restablecer ciertos ritmos neuronales, como los afectados por el Parkinson. Sin embargo, este método es indirecto y complejo, y aún no se ha demostrado su eficacia de forma concluyente. 

¿Hay estudios que apliquen interfaces neuronales en pacientes con esclerosis múltiple? 

Aunque se han hecho pruebas, no hay evidencia hasta la fecha de que estas terapias tengan efectos reparadores en enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis múltiple. 

¿Cómo se determina y analiza la intención de movimiento en personas que han sufrido un ictus? 

La intención de movimiento se detecta a través de la actividad neuronal, específicamente mediante ritmos sensomotores no invasivos, que varían en amplitud durante el reposo y la intención de movimiento. Las tecnologías invasivas permiten una decodificación más precisa de la velocidad y dirección del movimiento deseado. En pacientes con ictus, la actividad muscular puede no coincidir con la intención debido a reconexiones neuronales erróneas, lo que requiere un ajuste cuidadoso entre señales cerebrales y musculares para una rehabilitación efectiva. 

Recomendamos ver el webinar porque ilustra con diversos vídeos, las mejoras y progresos de pacientes reales que han sufrido un ictus: 

Neurotecnología avanzada: del laboratorio al hogar (Ander Ramos-Murguialday) 

Si quieres profundizar en este campo y en otras tecnologías e innovaciones para el bienestar humano, no dejes de ver nuestro informe. 

También puedes acceder al artículo sobre el webinar Neurotecnología para el bienestar humano: un vistazo al futuro con el Dr. Álvaro Pascual-Leone.