Conocimiento Bóveda 3/15 - Escuela de Primavera G.TEC BCI & Neurotecnología 2024 - Día 2
La interfaz neural endovascular: desde la prueba de concepto hasta el ensayo clínico
Sam John, Universidad de Melbourne (AU) & Anfitrión del Hackathon
<Imagen del Resumen >

Gráfico de Concepto & Resumen usando Claude 3 Opus | Chat GPT4 | Llama 3:

graph LR classDef paralysis fill:#f9d4d4, stroke:#333, font-weight:bold, font-size:14px; classDef interfaces fill:#d4f9d4, stroke:#333, font-weight:bold, font-size:14px; classDef stentrode fill:#d4d4f9, stroke:#333, font-weight:bold, font-size:14px; classDef development fill:#f9f9d4, stroke:#333, font-weight:bold, font-size:14px; classDef future fill:#f9d4f9, stroke:#333, font-weight:bold, font-size:14px; A["Sam John"] --> B["La parálisis afecta a 50 millones
globalmente. 1"] A --> C["Interfaces cerebro-máquina ayudan a individuos
paralizados. 2"] C --> D["Sensores: invasivos a menos
invasivos. 3"] D --> E["Electrodos de stent: grabación menos invasiva. 4"] E --> F["Concepto de grabación intravascular
desde 1973. 5"] F --> G["Stentrode: dispositivo de grabación
implantable crónicamente. 6"] G --> H["Catéter despliega stentrode en
vasos. 7"] G --> I["Estudios en ovejas: grabación a largo plazo,
mejora de señales. 8"] I --> J["Stentrodes permiten crecimiento de tejido,
remodelación. 9"] J --> K["Flujo sanguíneo: expansión inicial,
luego reducción. 10"] J --> L["Modelado: grosor del puntal, crecimiento,
estrés cortante. 11"] G --> M["Datos preclínicos permitieron ensayos
en humanos. 12"] M --> N["Stentrode: control inalámbrico en
casa. 13"] G --> O["De concepto a ensayo humano:
viaje iterativo. 14"] O --> P["Participante controla computadora vía
stentrode. 15"] O --> Q["Participante usa stentrode para
comunicación, entretenimiento. 16"] G --> R["Colaboradores involucrados en desarrollo
de una década. 17"] R --> S["Prototipos iniciales: stents comerciales,
electrodos externos. 18"] R --> T["Stentrodes actuales: deposición multi-
metal de película delgada. 19"] G --> U["Diámetro mínimo del vaso:
4-5 mm. 20"] G --> V["Ensayos en humanos: implantación en
seno sagital superior. 21"] G --> W["Receptores de ELA: potencial
implantación de por vida. 22"] C --> X["Matrices subdurales: mayor
ancho de banda que otras. 23"] C --> Y["Rendimiento de decodificación: comparable
en ovejas. 24"] G --> Z["Problema de artefacto ECG abordado
mediante referencia. 25"] G --> AA["Sin eventos adversos mayores,
molestias menores. 26"] A --> AB["Investigación futura: neuromodulación,
estimulación cerebral. 27"] AB --> AC["Implantación arterial: riesgos adicionales, estudios de seguridad. 28"] G --> AD["El sobrecrecimiento de tejido no impacta
grabación crónica. 29"] A --> AE["Desafíos: complejidad de decodificación,
seguridad a largo plazo. 30"] class A,B paralysis; class C,D,X,Y interfaces; class E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,Z,AA,AD stentrode; class AB,AC,AE future;

Resumen:

1.-La parálisis afecta a aproximadamente 50 millones de personas en todo el mundo debido a diversas condiciones como el ictus, la lesión de la médula espinal, la ELA y la esclerosis múltiple.

2.-Las interfaces cerebro-máquina pueden ayudar a personas con parálisis severa, consistiendo en un sensor, decodificador y tecnología asistiva.

3.-Los sensores varían desde electrodos intracorticales invasivos que registran neuronas individuales hasta electrodos epidurales menos invasivos que registran de muchas neuronas.

4.-Los electrodos de stent colocados en los vasos sanguíneos del cerebro sin craniotomía podrían registrar señales neuronales siendo menos invasivos que los electrodos intracorticales.

5.-La idea de la grabación neural intravascular existe desde 1973, con demostraciones en 1998, pero no existía un dispositivo implantable crónico.

6.-El stentrode es un stent con electrodos que puede ser implantado a través de vasos sanguíneos y permanecer crónicamente para registrar señales neuronales.

7.-Se utiliza un catéter para desplegar el stentrode en la ubicación deseada del vaso sanguíneo cerebral.

8.-Los estudios en ovejas mostraron que los stentrodes podrían registrar potenciales evocados somatosensoriales durante 1 año, con mejoras en las señales a medida que el dispositivo se incorporaba al vaso.

9.-La histología y la imagen revelaron que los stentrodes permitieron la remodelación de los vasos sanguíneos y el crecimiento de tejido similar a la respuesta de cuerpo extraño a electrodos cerebrales convencionales.

10.-Las mediciones de flujo sanguíneo mostraron una expansión inicial del diámetro del vaso después de la implantación seguida de una reducción a ligeramente por debajo del nivel base para el día 28.

11.-El modelado computacional reveló una relación entre el grosor del puntal del stentrode, el crecimiento de tejido y el estrés cortante de la pared que merece una mayor optimización.

12.-Los datos preclínicos permitieron el primer ensayo humano de stentrode, con el dispositivo entregado a través de la vena yugular y colocado en el seno sagital superior.

13.-El stentrode se conecta a un transmisor inalámbrico en el pecho, permitiendo la decodificación de la intención motora para el control del cursor de la computadora en casa.

14.-El viaje desde el concepto inicial hasta el primer ensayo humano abarcó muchos años y mejoras iterativas.

15.-Se muestra a un participante controlando una computadora usando un rastreador ocular para el movimiento del cursor y el stentrode para comandos de "clic".

16.-Otro participante usa solo el stentrode para el control del cursor y hacer clic para usar aplicaciones de comunicación y entretenimiento.

17.-Muchos colaboradores estuvieron involucrados en el desarrollo del stentrode durante la última década, con ensayos en curso en los EE.UU.

18.-Los primeros prototipos de stentrode usaban stents comercialmente disponibles con electrodos de platino y cables externamente adheridos.

19.-Los stentrodes actuales usan deposición multi-metal de película delgada monolítica, con stents de polímero bajo investigación pero aún no probados en humanos.

20.-El diámetro mínimo del vaso sanguíneo para la implantación del stentrode se estima en alrededor de 4-5 mm, con necesidad de investigación sobre el uso en vasos más pequeños.

21.-Los ensayos humanos de stentrode hasta ahora solo se han implantado en el seno sagital superior, pero se probaron varias venas cerebrales en animales.

22.-Los receptores de stentrode con ELA han sido implantados durante más de 1 año, con el potencial de implantación de por vida basado en el stent intracraneal para otras condiciones.

23.-Las matrices subdurales mostraron un mayor ancho de banda de señal que las matrices epidurales y de stentrode, atribuible a la mayor proximidad al cerebro.

24.-El rendimiento de decodificación de las matrices epidurales, subdurales y de stentrode fue comparable en ovejas, pero se espera que sea inferior a las matrices intracorticales.

25.-El artefacto ECG fue un problema con las primeras grabaciones de stentrode pero se abordó mediante una mejor referencia en ensayos posteriores.

26.-No se observaron eventos adversos mayores relacionados con la implantación de stentrode, solo molestias menores en el sitio de implantación en algunos casos.

27.-La neuromodulación y la estimulación cerebral son áreas clave de investigación futura para los stentrodes, que podrían permitir un tratamiento menos invasivo de condiciones como la enfermedad de Parkinson.

28.-La implantación arterial de stentrodes conlleva riesgos adicionales en comparación con la implantación venosa y requiere estudios de seguridad preclínicos a largo plazo.

29.-El sobrecrecimiento de tejido no ha impactado la grabación crónica del stentrode, con las señales tendiendo a mejorar durante los primeros 14-28 días después de la implantación.

30.-Quedan desafíos clave en la decodificación de señales más complejas de los stentrodes y en la comprensión de la seguridad a largo plazo de la neuromodulación intravascular.

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