JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 20 – Número 55
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
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Citar como: Sierra Martinez,
N., & Angulo, N. Aplicaciones
de implantes cerebrales y su
trascendencia en la actualidad.
Journal Boliviano De Ciencias,
20(55). 69-87 https://doi.
org/10.52428/20758944.
v20i55.250
Revisado: 29/01/2024
Aceptado: 14/05/2024
Publicado: 30/06/2024
Declaración: Derechos de
autor 2024 Sierra Martinez, N.,
& Angulo, N. , Esta obra está
bajo una licencia internacional
Creative Commons Atribución
4.0.
Los autores/as declaran no tener
ningún conicto de intereses
en la publicación de este
documento.
Artículo de Revisión Bibliográca
Aplicaciones de implantes cerebrales y su trascendencia
en la actualidad
Applications of brain implants and their importance today
Sierra Martínez Natalia1 Angulo Noelia2
Carrera de Ingeniería Biomédica, Universidad Privada del Valle – Cochabamba. Email:
nataliasierramartinez@hotmail.com, smn2019512@est.univalle.edu
Carrera de Ingeniería Biomédica, Universidad Privada del Valle – Cochabamba. Email:
noeangulo123@gmail.com – an2019457@est.univalle.edu
RESUMEN
En la actualidad los avances en la neurociencia están tomando un papel muy
importante, debido a la necesidad de mejorar la calidad de vida de las personas.
El presente trabajo consiste en la descripción de las aplicaciones de los implantes
cerebrales y su trascendencia en la actualidad, con base en una revisión
bibliográca.
El implante cerebral ha llegado a ser considerado el futuro para el área de la
neurociencia debido a que se ha logrado avances considerables, además de tener
un futuro prometedor en la aplicación a personas con Alzheimer y Parkinson.
También, se lo toma en cuenta como una posible solución para recuperar el
movimiento en el caso de personas con parálisis, donde se busca tener control
de las extremidades mediante estímulos eléctricos generados por el implante
cerebral. A pesar de los benecios del dispositivo, hay algunas desventajas que
se deben tomar en cuenta, por ejemplo, el material para el dispositivo aún sigue
en estudio para una mayor vida útil. Por otro lado, hubo pacientes con cambios
de personalidad y un estado de depresión por la dependencia del aparato. Sin
embargo, con el implante cerebral en proyectos futuros se busca mantener el
control de robots y aviones exclusivamente por medio del pensamiento, también
se está creando un prototipo que permitiría conectar la mente con un ordenador.
Con todos los avances realizados y los que quedan por hacer, es necesario seguir
con el estudio acerca este tipo de dispositivos, ya que puede cambiar y mejorar
muchas vidas.
Palabras clave: Implante cerebral, neurociencia, interfaz cerebro-máquina,
estimulación cerebral, neuroprótesis.
ABSTRACT
At present, advances in neuroscience are taking on a very important role, due
to the need to improve people’s quality of life. The present work consists of the
description of the applications of brain implants and their current signicance
based on a bibliographic review. The brain implant has come to be considered
the future for the area of neuroscience because considerable advances have
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been made, in addition to having a promising future in application to people with
Alzheimer’s and Parkinson’s. It is also taken into account as a possible solution
to recover movement in the case of people with paralysis, where it is sought to
have control of the extremities through electrical stimuli generated by the brain
implant. Despite the benets of the device, there are some disadvantages that must
be taken into account, for example, the material for the device is still under study
for a longer service life. On the other hand, there were patients with personality
changes and a state of depression due to dependence on the device. However, with
the brain implant in future projects it is sought to maintain control of robots and
airplanes exclusively through thought, a prototype is also being created that will
allow connecting the mind with a computer. With all the advances made and those
that remain to be made, it is necessary to continue with the study of this type of
device, since it can change and improve many lives.
Keywords: Brain implant, neuroscience, brain-machine interface, brain
stimulation, neuroprosthesis.
INTRODUCCIÓN
El origen de la medicina se remonta prácticamente a la propia aparición del ser
humano, ya en el Neolítico se han detectado diferentes patologías como la artritis
o la acondroplasia, y hay muestras evidentes de que ya en esta época se realizaban
trepanaciones (Marqués, 2021). Desde el inicio de los tiempos el hombre tiene
como principal objetivo la supervivencia a su entorno, hicieron uso del ingenio y
creatividad con el n de encontrar las herramientas necesarias para su pervivencia.
Gracias a la ciencia e ingeniería se hicieron grandes descubrimientos cientícos,
grandes inventos para el benecio de la humanidad. La tecnología cada día
se vuelve primordial en muchos aspectos de la vida, y al hablar de salud, es
indispensable. La tecnología en la medicina salva vidas, mejora la salud y en
muchos casos contribuyen a una sanidad sostenible, son una serie de ventajas y
benecios que vienen con ella. Continuamente hay innovaciones y cada año se
hacen proyecciones de avances en este sector.
Durante mucho tiempo el cerebro ha sido estudiado de muchas maneras. La
neurociencia aborda el estudio del funcionamiento cerebral desde una perspectiva
multidisciplinaria, integrando aportes de diversas disciplinas como la física, la
química, la biología, la neurología, la genética, la informática, la psiquiatría y la
(neuro)psicología. Estos estudios son fundamentales para comprender los procesos
mentales, especialmente aquellos de naturaleza compleja, como la inteligencia, la
conciencia, la personalidad y las emociones (Tirapu Ustárro, 2024).
La neurociencia tiene varias ramas de estudio especícas como la neurociencia
cognoscitiva, esta se enfoca en la relación entre el cerebro y la mente desde
diferentes puntos de vista (Albright et al., 2000). De la misma forma la neurociencia
computacional explica cómo se utilizan las señales eléctricas y químicas en el
cerebro para representar y procesar información (Sejnowski et al., 1988).
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Entre las primeras investigaciones en relación con el desarrollo de chips
informáticos, según Horgan (2005), Theodore Berger elaboró chips capaces de ser
enlazados con las neuronas en un esfuerzo por compensar la perdida de memoria.
Explicó que debido a las condiciones del cerebro y la corrosion que podría sufrir el
chip, el desao en la creacion de estos dispositivos esta en establecer una conexión
able y de largo plazo entre las neuronas y el implante.
El implante cerebral no solo toma en cuenta el avance en la creación del puente
entre cerebro-máquina, sino tambien signica tener la posibilidad de tener un
dispositivo que pueda mejorar la calidad de vida de las personas con perdida de la
función muscular, teniendo como objetivo devolver la capacidad del movimiento
de brazos y piernas. Además con el implante, es posible tratael Parkinson mediante
estimulos, de la misma forma se lograría tratar el Alzherimer, en cuento a mejorar la
memoria y en otros casos evitar la perdida de memoria, incluso el implante podría
ser utilizado en personas con depresión. Hay investigaciones que han evaluado
la estimulacion cerebral profunda en regiones como el núcleo accumbens (NAc),
esta región es la puerta de entrada en el circuito de la recompensa y el placer,
de modo que al no funcionar correctamente, estaría directamente relacionado con
dos manifestaciones fundamentales del trastorno depresivo. Reportes anteriores
de individuos con trastorno depresivo resistente al tratamiento (DRT) que han
sido sometidos a Estimulación Cerebral Profunda (DBS) en el Núcleo Accumbens
(NAc) han demostrado mejoras en el estado de ánimo e incluso observaron cambios
positivos en la interaccion social con su entorno. Sin embargo los casos de estudio
son pocos por lo cual es neceseario más investigaciones para que en un futuro se
pueda realizar estas estimualciones mediante implantes cerebrales (Pérez et al.,
2020).
Este trabajo tiene la nalidad de dar a conocer que, dentro de los avances
tecnológicos en el área de la neurociencia, se tiene al implante cerebral, que
tiene como objetivo principal, generar una interfaz cerebro-máquina o cerebro-
computadora. Se expondrá las características que posee y la manera en la que es
implementado en el paciente, analizando los pros y contras del dispositivo. Es
difícil prever lo que depara la ciencia médica, sin embargo, es necesario adaptarse
y seguir el desarrollo de la medicina para ofrecer los servicios médico-tecnológicos
precisos para salvar y mejorar la calidad de vida.
METODOLOGÍA
•Denición del tema
El presente estudio pretende aumentar los conocimientos referentes a las
investigaciones en el campo de la ingeniería biomédica, reejados en una
recolección bibliográca donde se analiza los avances y los resultados de
investigaciones realizadas en la carrera. Otro de los motivos esenciales para llevar
a cabo la investigación es que la misma representa todos aquellos intereses que
se quiere alcanzar al culminar la carrera, además de implementar este tipo de
investigaciones en el país y el deseo constante de superación.
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Ya teniendo trabajos de investigación base sobre nuevos avances en la profesión que
se está desarrollando, se comenzó con la búsqueda de información referente al área
en la cual se quería realizar el estudio. Se identicaron bastantes descubrimientos
tecnológicos en el campo de la medicina, los cuales han hecho un gran aporte
a la evolución de los diferentes tratamientos o procedimientos médicos que se
practican, tal es el caso del implante cerebral que maniesta grandes avances
en el campo de la neurociencia. Debido al amplio campo sobre el tema, nace
una pregunta fundamental para la denición del objeto por estudiar: ¿Qué es un
implante cerebral? tomando en cuenta la extensa cantidad de respuesta encontradas,
nacieron muchas más interrogantes con las cuales se pudo consolidar el trabajo. La
selección del tema a investigar se debió a la complejidad de este dispositivo y la
tecnología aplicada para su funcionamiento, además de los benecios que se puede
tener con su implementación.
•Fijar los límites de la investigación
Los límites establecidos para la elaboración del documento partieron de la pregunta
base ¿Qué es un implante cerebral? Mediante la cual fueron denidas las preguntas
de investigación que delimitarían el tema, donde se buscó estructurar el desarrollo
con los puntos de estudio más importantes del implante cerebral, y se llegó a las
preguntas de ¿Cómo funciona un implante cerebral y qué propósito tiene?; ¿Qué
características posee?; ¿Cómo es implementado en el paciente?; ¿Qué benecios
y riegos se tiene al usar este tipo de implante? Y nalmente ¿Qué avances se
obtuvieron en las últimas pruebas de funcionamiento?
•Obtención y ltrado de fuentes de información respecto al tema elegido
En primer lugar, se llevó a cabo una búsqueda en Google Scholar de documentos
e investigaciones de neurociencia publicados por diferentes fuentes a nivel
internacional. Para poder realizar una investigación más especíca se tomó en
cuenta las palabras claves como ser implante cerebral, interfaz cerebro máquina,
implante neural, avances en neurociencia, proyectos en neuroprótesis, implante
electrónico. Se buscó en revistas, páginas web y periódicos en las que fueron
mencionados los avances de los implantes cerebrales. Esta búsqueda se hizo tanto
en español como en inglés y sin límite de fecha. Entre las fuentes se tiene dos
periódicos Belandria Soa, El Ciudadado (2019); Song Aly, La Voz de Galicia
(2020); Hamzelou Jessica, Heraldo(2017); New Scientist, Hamzelou Jessica
(2017); The New York Times, Carey Benedict (2018); Advanced Funtional
Materials, Bettinger Christopher(2018) ; Institut Guttmann (2018); Nature
Outook:The brain, Drew Liam (2019); IEEE Spectrum, Bouton Chad (2021); y
la fuente de la que se encontro mayor cantidad de información es la página web
teniendo entre este 12 de las fuentes las cuales son Xacata, Pastor Javier (2015);
Salud Carlos Slim,Francisco Ponce (2016); Nasa, Lineberry Denise (2017); Clinic
Barcelona, Falgas Martinez (2018); The Verge, Chen Angela (2018); Institut
Guttmann(2018); Future and Healthcare, Musk Elon(2019); NeuroClass, Marte
Hugo(2019); OpenMind BBVA, Martín Bruno(2019); Parkinson’s Foundation
(2021); MCPRO, Juan Ranchal (2021) y Clinic Cloud, Marqués Frederic (2021).
Se analizaron además las referencias bibliográcas de los elementos seleccionados
con el n de rescatar otros estudios potencialmente incluibles para la revisión.
El principal criterio de exclusión fue que los artículos no incluyeran información
sobre el autor y la fecha de publicación de este.
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•Redacción de la investigación
En la elaboración del desarrollo del trabajo, se tomó en cuenta los ámbitos más
importantes que abarcan gran parte de la investigación respecto de los implantes
cerebrales, se buscó responder a las preguntas de investigación planteadas llegando
a establecer 5 puntos principales: El implante cerebral y su propósito en la actualidad,
donde se explicaron los antecedentes respecto del tema y algunos avances actuales.
El segundo punto es características, funcionamiento y tipos de implantes; el tercer
punto es el proceso de interfaz cerebro-máquina; el cuarto punto es efectos del uso
de implantes cerebrales y el quinto punto es futuros avances respecto a implantes
cerebrales.
DESARROLLO
El implante cerebral y su propósito en la actualidad
En los últimos años, los avances de la tecnología han permitido encontrar una
solución a muchos desafíos e incógnitas de la medicina, cosas que antes parecían
imposibles, actualmente son una posibilidad o están en proceso de estudio. Los
implantes cerebrales o implantes neurales son un claro ejemplo del desarrollo
de la tecnología en la medicina. Estos dispositivos implantables, son electrodos
posicionados de forma quirúrgica, directamente en el tejido encefálico. Tienen
la nalidad de captar señales eléctricas derivadas de las sinapsis de grupos de
neuronas determinadas o bien de estimular las conexiones neurales (Marte, 2019).
En marzo de 1998, un paciente diagnosticado de “síndrome de cautiverio”
se convirtió en el primer sujeto al que le conectaron en el cerebro una interfaz
cerebro-ordenador que le permitía comunicarse con un ordenador, puesto que
podía desplazar un cursor con su pensamiento. Este descubrimiento tecnológico
fue llamado implante cerebral biónico, Maguire & McGee (2010), dieron a conocer
la posible activación de una BCI sencillamente con el raciocinio. Los primeros
trabajos sobre conexión directa del cerebro con manipuladores locales y remotos
fueron hechos por investigadores en neurociencias de la Universidad de Duke
que lograron entrenar a un mono para que controle con su pensamiento un brazo
mecánico.
Las pruebas realizadas a monos fueron una experiencia completamente nueva.
Según Nicolelis et al (2009), la Figura 1 muestra el proceso que se llevó a cabo.
El mono se encontraba frente a una pantalla de vídeo en la que se proyectaban
las imágenes de un cursor y objetivos visuales, este adquiría los objetivos con el
cursor, ya sea manualmente mediante un joystick o por la actividad de poblaciones
de células motoras corticales. Se le implantaron matrices de microalambres en
dos áreas corticales motoras (premotora dorsal, PMd y motora primaria, M1) y un
área somatosensorial primaria (S1). Los círculos rojos indican pares de electrodos
utilizados para la interfaz, esta contaba con líneas entre los electrodos para indicar
los límites del campo receptivo. La palma del mono tenía regiones sombreadas que
indicaban los campos receptivos para los pares de electrodos utilizados para ICMS
y nalmente utilizaba los parámetros del tren de pulsos ICMS.