¿Qué estímulos eléctricos utilizan los implantes cerebrales?

Respuesta corta
El historial de prótesis visuales corticales es limitado. Sin embargo, se sabe mucho más sobre prótesis auditivas (principalmente implantes cocleares ) y prótesis de retina . En estos implantes, generalmente se aplican trenes de pulsos bifásicos de carga balanceada, principalmente por razones de seguridad y para reducir la propagación de corriente a través del tejido neural. Las ondas sinusoidales se han probado en implantes cocleares, pero hace tiempo que se abandonaron como estímulo útil. La percepción del color en las prótesis corticales visuales es un terreno descubierto hasta el momento, pero en los implantes de retina se dispone de algunos datos limitados de que la percepción del color se puede manipular alterando la forma y la frecuencia de los trenes de pulsos eléctricos.

Antecedentes
En primer lugar, las prótesis neurales (incluidas las prótesis auditivas y visuales, así como los marcapasos) en general funcionan a través de pulsos bifásicos en lugar de ondas sinusoidales.

Los pulsos bifásicos tienen la ventaja de que pueden ser muy cortos (del orden de decenas de microsegundos en el caso de los implantes cocleares, y cientos de microsegundos en los implantes de retina). Esto es ventajoso, porque el pulso bifásico típico tiene dos fases idénticas pero de polaridad opuesta. Esto significa que la corriente inyectada se neutraliza rápidamente en microsegundos. Tenga en cuenta que la corriente continua daña los delicados tejidos neurales. Es por eso que los pulsos de carga equilibrada se utilizan en los implantes cocleares modernos para evitar la estimulación de corriente continua (CC) que puede dañar los tejidos neurales (Bahmer & Baumann, 2013) .

Las ondas sinusoidales se han utilizado en implantes cocleares (Clark, 2006) , ya que la mayor parte de la información acústica del habla se transmite en frecuencias entre 500 y 400 Hz. De hecho, el nervio auditivo muestra bloqueo de fase cuando el estímulo eléctrico (o acústico) es de aproximadamente 100 Hz o menos. Sin embargo, los trenes de pulsos bifásicos son la norma hoy en día, porque son más seguros, más eficientes energéticamente y más efectivos, ya que los pulsos en electrodos adyacentes se pueden alternar para evitar que la corriente eléctrica se sume en electrodos poco espaciados. Esto se denomina intercalado y se ha utilizado ampliamente desde la década de 1990, ya que se conoció como la estrategia de muestreo intercalado continuo (CIS) (Wilson et al ., 1993). También se ha adoptado una estrategia similar a la CIS en los implantes de retina, por ejemplo, la prótesis Argus II .

Las prótesis visuales en general brindan percepciones visuales en una escala de grises. Las prótesis corticales no se han investigado mucho. Sin embargo, los implantes de retina están actualmente disponibles comercialmente de al menos dos compañías. En los implantes de retina, los fosfenos aparecen principalmente como manchas blancas de luz, pero también se han informado de color amarillo (Stronks & Dagnelie, 2014b) , así como fosfenos de color rojo a naranja (Humayun et al ., 2003) . Curiosamente, en las prótesis de retina se ha demostrado que ajustando cuidadosamente la frecuencia del pulso y la forma del pulso se puede inducir alguna forma tosca de percepción del color (Stronks & Dagnelie, 2014a). Sin embargo, el único resultado consistente parece haber sido que las altas frecuencias de pulso dieron como resultado fosfenos azules cuando se detuvo la estimulación (respuesta OFF) (Humayun et al ., 2003) . La idea es que diferentes características de estímulo estimulan un conjunto diferente de fibras en la retina, pero esto es muy preliminar en esta etapa. En la investigación de implantes corticales ni siquiera se ha tocado todavía las sensaciones de color, que yo sepa.

<sub>Referencias
- Bahmer & Baumann, Hear Res , 306 : 123-30
- Clark, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci (2006); 361 (1469): 791–810
- Humayun et al ., Vis Res (2003); 43 (24): 2573-81
- Stronks & Dagnelie, Exp Rev Med Dev (2014a); 11 (1): 23-30
- Stronks & Dagnelie, Encyclopedia of Computational Neuroscience (2014b): 1-4
- Wilson et al ., J Rehabil Res Dev (1993); 30 (1): 110-6</sub>

Esta pregunta es francamente un poco vaga, pero en términos generales (es decir, respondiendo a la pregunta del título) el cerebro utiliza señales electroquímicas. El problema es, por supuesto, que estamos lejos de comprender completamente lo que sucede allí, o cómo esas señales logran todo lo que podemos hacer. Actualmente, podemos simular pequeños fragmentos del cerebro de una rata, como se informó en Nature News, 2015 .

Para responder a la pregunta del cuerpo, "si conectara algunos electrodos a la corteza visual de una persona ciega y quisiera que vieran el color rojo, ¿qué enviaría a través de los electrodos?" La respuesta es que no lo sabemos. Eso es porque, como Conway et al. 2007 , estado:

En un nivel general, sigue siendo discutido si el color se localiza en una región particular del cerebro; a nivel microscópico, no está claro qué contribución hacen las células individuales a la percepción de tonos específicos. Si bien algunos estudios de imágenes cerebrales han sugerido que el procesamiento del color puede estar localizado dentro del cerebro extraestriado [...], los estudios electrofisiológicos de una sola célula, que tienen una resolución espacial y temporal más alta que las imágenes, han producido resultados contradictorios [...] y poner en duda la noción de un centro de color especializado [...].

Ahora, si está preguntando acerca de los ojos artificiales... hay muchos tipos de prótesis propuestas, pero si hablamos de [pasar por alto el nervio óptico por completo, como los implantes biónicos de ojos y cerebro , según lo informado por MIT Technology Review, 2017 , actualmente eso solo funciona para blanco y negro... e incluso entonces

El paciente pudo ver puntos de luz sin efectos secundarios adversos significativos. [...]

"Si pudiéramos descubrir cómo procesar y filtrar la información visual para estimular correctamente los electrodos, eventualmente podríamos mejorar el tipo de imagen que esa persona podrá percibir".

Entonces parece ser un problema abierto, incluso sin color.

_{Conway, BR, Moeller, S. y Tsao, DY (2007). Módulos de color especializados en corteza extraestriada de macaco. Neurona, 56(3), 560-573.}