Sensores a la medida para el cerebro de cada persona

Los pliegues de la superficie del cerebro humano se crean mediante un proceso en el que la corteza cerebral, en la pared externa del cerebro, se agrupa formando crestas, también conocidas como circunvoluciones, y surcos, también conocidos como hendiduras. Esto facilita la comunicación entre las células cerebrales a gran velocidad y permite que un órgano relativamente grande se ajuste de forma compacta al espacio disponible dentro del cráneo: un cerebro adulto con su corteza plenamente extendida tendría alrededor de 2000 centímetros cuadrados, aproximadamente el tamaño de dos pizzas grandes.

Aunque los principales pliegues de la corteza cerebral son iguales entre individuos, la disposición precisa de las circunvoluciones y los surcos varía sustancialmente de una persona a otra, dependiendo de su estatura, peso, edad, sexo y otros factores. Sin embargo, los diseños tradicionales de bioelectrodos no tienen esto en cuenta.

Deseando superar esta limitación, unos científicos han diseñado electrodos blandos, fabricados mediante impresión 3D, que además están hechos a la medida de la superficie cerebral de cada persona.

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Marzia Momin y Tao Zhou, ambos de la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos.

Los electrodos están fabricados principalmente con un material rico en agua conocido como hidrogel para adaptarse mejor a los tejidos blandos y a la geometría cerebral específica de cada paciente. Además, el equipo utilizó una novedosa estructura inspirada en un panal de abejas que ofrece flexibilidad y resistencia, a la vez que permite una impresión rápida.

La estructura de panal de abejas ayuda a reducir significativamente la rigidez de los electrodos, sin sacrificar su resistencia mecánica.

Los bioelectrodos flexibles utilizan un diseño inspirado en un panal de abejas que permite a los investigadores colocarlos sobre la geometría específica del cerebro del paciente, sin sacrificar la resistencia estructural ni la sensibilidad a las señales eléctricas y de otros tipos. (Imagen: Tao Zhou. CC BY-NC-ND)

La producción de los nuevos electrodos comienza con una resonancia magnética del cerebro del paciente, la cual se utiliza para ejecutar un proceso que crea una simulación digital detallada del cerebro de la persona, en forma de modelo 3D. A partir de esto, se utiliza un software especial para diseñar bioelectrodos específicamente adaptados a las crestas y surcos de la corteza cerebral de la persona.

Tras el diseño, el equipo imprime en 3D los electrodos de hidrogel mediante una técnica que permite crear electrodos capaces de monitorizar y transmitir señales cerebrales en una superficie relativamente pequeña.

La blandura de los electrodos permite un contacto más estrecho y estable con el cerebro, lo que facilita una monitorización más fiable y de mayor calidad. Además, los bioelectrodos fabricados con este método no afectan al transporte de fluidos cerebrales, un aspecto fundamental de la función cerebral que muchos electrodos tradicionales sí alteran.

Momin, Zhou y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus nuevos electrodos cerebrales en la revista académica Advanced Materials, bajo el título “3D-Printable, Honeycomb-Inspired Tissue-Like Bioelectrodes for Patient-Specific Neural Interface”. (Fuente: NCYT de Amazings)