El Instituto Santos Dumont se distingue por desarrollar investigación traslacional, que comienza en los laboratorios con ciencia básica y culmina en la aplicación práctica de los conocimientos adquiridos. La Maestría en Neuroingeniería, impartida en el Instituto Internacional de Neurociencias Edmond y Lily Safra, se centra en dos áreas principales: Interfaz Cerebro-Máquina (BMI) y Neuromodulación.
Interfaz cerebro-máquina (BMI)
Establece una comunicación directa entre el sistema nervioso y los artefactos robóticos, ya sean electrónicos o computacionales, mediante el uso de señales neurofisiológicas y microestimulación cerebral. Ejemplos de señales captadas del sistema nervioso son los electroencefalogramas, la electrocorticografía, la actividad unitaria de registros extracelulares, el potencial de campo local de registros extracelulares, la resonancia magnética funcional y la magnetoencefalografía. Ejemplos de artefactos controlados por estas señales son las prótesis, los vehículos y las computadoras robóticas.
El desarrollo de las IMC presenta un gran potencial terapéutico y tecnológico para numerosas enfermedades neurológicas que afectan gravemente la función motora, como la parálisis cerebral, la enfermedad de Parkinson y los accidentes cerebrovasculares. La profundización de la investigación sobre las IMC puede conducir al desarrollo de una nueva generación de dispositivos neuroprotésicos capaces de restaurar diversas funciones neurológicas en pacientes gravemente limitados por sus discapacidades.
La BMI permite superar los métodos de comunicación establecidos hasta la fecha, así como el desarrollo de nuevas interfaces como la interfaz cerebro-máquina-cerebro, a medida que se estudia la interacción dinámica entre cerebros durante las interacciones sociales. Simultáneamente, es necesario desarrollar tecnologías de materiales biocompatibles, como electrodos, que sean más eficientes para evaluar el uso crónico de la BMI. En conjunto, la investigación de los componentes individuales para la implementación de una BMI requiere un desarrollo tecnológico avanzado, integrado con la comprensión de los mecanismos neurobiológicos implicados en el sistema. Con este enfoque, las investigaciones sobre la BMI permiten el desarrollo de tecnologías de asistencia extremadamente avanzadas.
Neuromodulación
Consiste en el uso de agentes químicos, biológicos o físicos para establecer, restablecer, modular, inhibir o aumentar las funciones del sistema nervioso. La neuromodulación puede ser no invasiva, mediante estimulación transcraneal con corriente magnética o eléctrica, o invasiva, mediante la implantación de dispositivos en el sistema nervioso que liberan un agente químico o físico. Ejemplos de agentes químicos son las modulaciones de canales iónicos, y un ejemplo de agente físico es la estimulación eléctrica.
La neuromodulación con estimulación eléctrica se utiliza actualmente en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, el temblor esencial, el dolor crónico, la epilepsia, la sordera, la depresión, la distonía, el síndrome de Tourette y el trastorno obsesivo-compulsivo. Además de estas enfermedades y trastornos, existen muchos otros en investigación. La obesidad, los trastornos alimentarios, la ceguera y la angina de pecho son ejemplos de trastornos en los que se están realizando estudios sobre la eficacia clínica de diversas terapias de neuromodulación.
Otra línea de investigación en esta área se centra en el desarrollo tecnológico de nuevos equipos y productos, así como en la mejora de los existentes, como el tamaño, el formato y los materiales biocompatibles de los electrodos. Los estudios de desarrollo tecnológico buscan probar conceptos que supongan una evolución en el estado de los neuromoduladores, desarrollando los que se utilizarán en las próximas décadas.
La investigación de parámetros físicos, como la intensidad de la corriente eléctrica, la frecuencia y la polaridad, aún se desconoce. Los aspectos neurobiológicos relacionados con estos parámetros requieren mayor investigación para comprender mejor los fenómenos físico-químicos inducidos en el sistema nervioso, lo que permitirá explorar mecanismos esenciales para las tecnologías de asistencia accesibles a la población.
El desarrollo de neuromoduladores requiere la investigación y el desarrollo de dispositivos específicos que puedan acceder a los sistemas nerviosos central y periférico. Estas investigaciones avanzadas en neuromodulación pueden superar los conocimientos actuales y las expectativas en cuanto a dispositivos de intervención y modificación de trastornos, para nuevas aplicaciones y para la prevención de enfermedades mediante sistemas inteligentes.
