Detectores Inalámbricos para la Demencia

Los investigadores esperan que los radiotransmisores puedan advertir más temprano sobre la decadencia cognitiva.

Los investigadores de la University of South Florida (USF) desarrollaron una red inalámbrica que evalúa los patrones del caminar en una tentativa de detectar señales tempranas de demencia.
Actualmente, los doctores le piden a los pacientes que respondan una cantidad de preguntas para determinar si están padeciendo Alzheimer u otra forma de demencia. Para cuando se diagnostica a un paciente tal vez ya haya comenzado a experimentar síntomas tales como la pérdida de memoria. La medicación de la cual se dispone actualmente sólo puede detener la progresión de enfermedades relacionadas, así que cuanto más pronto se detecte la demencia, mejor será el tratamiento del paciente.
Los investigadores están explorando modos para identificar la afección más temprano, por ejemplo, al detectar bio-marcadores, realizar exámenes cerebrales nuevos, o monitorizar movimientos tales como el caminar. Los investigadores de la USF desarrollaron un sistema RFID que les permite monitorizar el caminar dentro de un entorno natural.

“Estamos buscando un dispositivo que nos ayude a realizar una detección temprana de demencia como un modo para asegurarnos que las personas mayores tengan los mejores años que les quedan”, dice William Kearns, un profesor adjunto de psicología experimental en la USF. En particular, la demencia aumenta el riesgo de heridas causadas por caídas. “Ese es un problema enorme en las residencias de mayores”, dice él.

Para probar el método, los investigadores de la USF le ponen brazaletes RFID en las muñecas a los residentes de dos residencias de adultos en Florida. Los brazaletes transmitieron señales que fueron captadas por los receptores que estaban alrededor de cada edificio, que revelaban los movimientos de los portadores en las tres dimensiones espaciales con hasta 25 centímetros de precisión.

Los investigadores analizaron los movimientos de los participantes buscando señales delatoras de la decadencia cognitiva: una tendencia a deambular, virar repentinamente, o pausar repetidamente. En un estudio que involucraba a 20 residentes, los investigadores hallaron una relación estadística entre los que revelaron patrones anómalos al caminar y aquellos cuyos puntajes en las pruebas mentales indicaban demencia. En el futuro, el equipo de la USF planea desarrollar software que detecte estas señales de aviso automáticamente.

Otros están explorando la tecnología RFID como un modo barato de mejorar el cuidado de los de la tercera edad. En 2004, Intel lanzó un proyecto que utilizaba identificadores RFID anexados a objetos para monitorizar las actividades diarias de los individuos. Este método le puede advertir a un cuidador que deberá cotejar, por ejemplo, que el paciente hoy ingirió su medicación. Otros sistemas, como el Accutech Resident Guard, envía una alarma cuando los usuarios de un brazalete RFID salen de la zona designada, a fin de evitar que quienes tengan demencia salgan a deambular.


Donald Paterson, un profesor de informática de la University of California, Irving, dice que el método de la USF es más claro que los diseñados para monitorizar actividades complejas. “Cuanto más incorporas a las medidas biológicas concretas, resulta más fácil”.

El método de la USF depende de un equipo RFID muy preciso. Los chips de ancho de banda ultra (UBW) que se utilizan sufren de menos interferencia que los chips RFID pasivos y pueden enviar y recibir señales a través de las paredes. Los transmisores tienen un alcance de 200 metros y permiten que se monitorize a muchas personas, incluso en una habitación atestada. Los identificadores tienen baterías que duran hasta tres años y acelerómetros que se ponen en modo “dormir” cuando el usuario no se desplaza. Según Kearns, implementar todo el sistema, incluso una media docena de identificadores, cuesta alrededor de $ 7.000.-

Tanzeem Chouhury, una investigadora de Intel que utiliza RFID para reunir información social dice que la tecnología RFID es útil porque es tan simple. “Es grandioso ver que muestra una correlación con los identificadores RFID”, dice ella.

Sin embargo, aunque en estudios previos, los patrones del caminar se ligaron a la demencia, algunos investigadores cuestionan este método. “Hay muchos factores que influyen en el movimiento, y la enfermedad en su primera etapa, no es una enfermedad de los movimientos”, dice Robert Green, codirector del Alzheimer Disease Clinical and Research Program en la Boston University. Green también destaca que los investigadores de la USF sólo buscaron demencia post-sintomática en su prueba.

Sin embargo, Lisa D’Ambrosio, una científico de investigación en el AgeLab del MIT, cree que tal vez valga la pena explorar este método. “Es una aplicación muy interesante de la tecnología RFID. En gran medida, una de las tendencias de los estudios de neurología es tratar de diagnosticar la enfermedad de Alzheimer y las discapacidades cognitivas más temprano”, dice D’Ambrosio

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Unión perfecta entre hombre y máquina

Unos diminutos implantes que se conectan a las células nerviosas podrían facilitar el control de miembros prostéticos.

Un novedoso implante conectado a las células musculares podría mejorar la integración de los miembros prostéticos con el cuerpo, permitiendo a las personas amputadas poseer un mayor control sobre los apéndices robóticos. El dispositivo, desarrollado en la Universidad de Michigan, consiste en unas diminutas copas, hechas a partir de un polímero eléctricamente conductivo, que encajan en las terminaciones nerviosas y atraen a los nervios amputados. Las señales eléctricas procedentes del nervio son después traducidas para así mover el miembro.


“Da la impresión de que podría convertirse en una forma elegante de controlar una prótesis con movimientos delicados,” afirma Rutledge Ellis-Behnke, científico en MIT y que no participó en la investigación. “En vez de tener un gran trozo de plástico poco inteligente pegado al brazo, podrías tener una herramienta integrada que se sintiese como si fuera parte del cuerpo.”

A día de hoy, el movimiento de la mayoría de las prótesis es limitado y requiere un gran esfuerzo. Los miembros están controlados por los movimientos conscientes del músculo restante—la persona que los lleva puestos, por ejemplo, contrae el músculo del pecho para mover el brazo en una cierta dirección. Al cablear los nervios residuales directamente a los miembros artificiales se obtiene una forma más intuitiva de controlar dichos miembros. Sin embargo los intentos por construir puntos de contacto en los nervios periféricos se han visto entorpecidos en gran medida por el crecimiento de tejidos cicatrizantes, que limitan la utilidad y durabilidad de los dispositivos implantados.

A fecha de hoy el método más exitoso para controlar una prótesis es un procedimiento quirúrgico por el cual los nervios que previamente estaban unidos a los músculos del brazo y la mano amputadas se transplantan al pecho. Cuando la persona que lleva puesta la prótesis piensa en mover la mano, los músculos del pecho se contraen, y esas señales se utilizan para mover el miembro. Aunque supone una enorme mejora en comparación con otros métodos actualmente existentes, este método sólo logra proveer un nivel limitado de control—sólo se pueden transplantar alrededor de cinco nervios al pecho.

La nueva interfaz, desarrollada por el cirujano plástico Paul Cederna y sus colegas, está construido a partir de este concepto, usando como objetivo células musculares transplantadas en vez de músculos intactos. Después de que un miembro ha sido amputado, los nervios que originalmente estaban unidos a él siguen brotando, buscando un nuevo músculo al que conectarse. (Este proceso biológico a veces puede crear dolorosas marañas de tejido nervioso, llamadas neuromas, en la punta de los miembros amputados.) “El nervio está enviando señales constantemente para decirle a la mano lo que tiene que hacer, incluso cuando la mano ya no está ahí,” afirma Cederna. “Podemos interpretar esas señales y usarlas para mover una prótesis.”

La interfaz consiste en una pequeña estructura con forma de copa de alrededor de una décima de milímetro de diámetro que se implanta quirúrgicamente al final del nervio, enviando las señales sensoriales y motoras del nervio a la prótesis. Dentro de la copa existe un andamiaje de tejido biológico implantado con células musculares—puesto que los nervios motores y sensoriales hacen sus conexiones con los músculos en los tejidos sanos, las células musculares proporcionan un objetivo natural para las terminaciones nerviosas desviadas. El nervio amputado crece dentro de la copa y se conecta a las células, transmitiendo las señales eléctricas desde el cerebro. Puesto que está recubierta con un polímero eléctricamente activo, la copa actúa como cable para recoger las señales eléctricas y transmitirlas al miembro robótico. El equipo de Cederna no desarrolla las prótesis por sí mismos, aunque afirma que las señales podrían ser transmitidas a través de la tecnología inalámbrica existente.

Por ahora, los científicos han puesto a prueba la interfaz en roedores con nervios periféricos amputados, demostrando que los nervios crecen en las copas y hacen las conexiones con las células musculares. “Si son capaces de mantener la terminación de la neurona intacta en ese área, eso supondría un avance importantísimo,” afirma Ellis-Behnke. Los nervios en las ratas son aproximadamente del mismo tamaño que los que se usarían en humanos. La investigación fue presentada hoy en una conferencia del Colegio Americano de Cirujanos de Chicago.

El dispositivo también puede devolver sensaciones a los nervios sensoriales, que envían el calor, la presión y otro tipo de información desde la piel al cerebro. Al igual que los nervios motores, los nervios sensoriales hacen conexiones con las células musculares de la copa. Durante las pruebas con roedores, los científicos cortaron dos nervios en el mismo animal—un nervio motor y uno sensorial. Aunque la rata no tenía prótesis, los científicos fueron capaces de demostrar que el implante podría servir como puente entre el nervio amputado, transmitiendo a través de él los mensajes neuronales; al hacer cosquillas en el pie de la rata se provocó una actividad dentro de las células musculares del implante.

La capacidad sensorial es uno de los componentes que más faltan en las prótesis de hoy día—la respuesta táctil, de presión y de temperatura es vital a la hora de recoger un frágil huevo o una sartén caliente. En el futuro, los miembros prostéticos se podrían fabricar con sensores de calor o de presión que pudieran transmitir esa información las células de los músculos en la interfaz y permitir que esta información fuese enviada al cerebro.

La investigación aún está en su fase más inicial, y aún quedan por responder una serie de preguntas. “Necesitamos averiguar cuánto tardan las conexiones en hacerse funcionales, y cómo será su durabilidad y robustez,” afirma Joseph Pancrazio, director de programa en el Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas y Derrames, y que no estuvo involucrado en la investigación. “Pero todo esto es muy interesante.” La investigación está financiada por el Departamento de Defensa.

Uno de los mayores problemas con los implantes neuronales a día de hoy viene dado por la estabilidad de los dispositivos, ya que los electrodos implantados a menudo se ven rodeados de tejido cicatrizante y dejan de funcionar. Por ahora, durante los seis meses que los científicos han estado evaluando las interfaces en los ratones, no se han dado signos de cicatrización. Aunque los científicos no están seguros del porqué, puede que la copa proteja al implante de las reacciones inflamatorias que provocan la cicatrización, o que al dar un objetivo a las células nerviosas se logran disminuir este tipo de reacciones en general puesto que se crea un entorno más normal para los nervios amputados. Los investigadores están analizando los implantes de forma diaria para determinar su durabilidad a lo largo del tiempo.

No obstante, uno de los descubrimientos iniciales más prometedores es que el tejido que rodea a la interfaz hace crecer nuevos vasos sanguíneos para alimentar a las células musculares implantadas, supliéndolas con los nutrientes necesarios para sobrevivir.

Aún no está claro cuántas de estas tapas nerviosos necesitarían los pacientes para tener un control adecuado sobre un miembro artificial sofisticado. Alguien que haya perdido el brazo al nivel del hombro, por ejemplo, necesitaría las suficientes tapas nerviosas para flexionar y extender el codo, la muñeca y los dedos, además de tapas para los nervios sensoriales. “El único límite,” señala Cederna, “tendrá que ver con el grado de tecnología con que se puedan construir las prótesis.”

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Las baterías de alta energía se acercan al mercado

Las baterías recargables de zinc-aire pueden almacenar tres veces la energía que almacena una batería de litio-ion.

Una compañía suiza afirma que ha desarrollado unas baterías de zinc-aire recargables y capaces de almacenar tres veces la cantidad de energía que almacenan las baterías de litio-ion, por volumen, y a la mitad de precio. ReVolt, desde Staefa, Suiza, tiene planeado vender pequeñas baterías de “célula botón” para audífonos a partir del año próximo, e incorporar su tecnología en baterías aún mayores, introduciendo baterías para teléfonos móviles y bicicletas eléctricas durante los próximos años. También están empezando a desarrollar baterías de gran formato para vehículos eléctricos.


El diseño de batería está basado en un tipo de tecnología desarrollada en SINTEF, un instituto de investigación en Trondheim, Noruega. ReVolt fue fundada para llevar esta tecnología al mercado y hasta ahora ha reunido 24 millones de euros en inversiones. James McDougal, el director general de la compañía, afirma que la tecnología soluciona el problema principal asociado a las baterías recargables de zinc-aire—que normalmente dejan de funcionar después de un número de recargas relativamente bajo. Si se logra desarrollar esta tecnología a gran escala, las baterías de zinc-aire podrían hacer que los vehículos eléctricos fuesen más prácticos mediante la bajada del coste y el incremento del rango de conducción.

Al contrario que las baterías convencionales, que contienen todos los reactantes necesarios para generar electricidad, las baterías de zinc-aire dependen del oxígeno en la atmósfera para generar corriente. A finales de los años 80 estaban consideradas como una de las tecnologías de batería más prometedoras gracias a su, en teoría, alta capacidad de almacenamiento de energía, afirma Gary Henriksen, director del departamento de almacenamiento de energía electroquímica en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. La composición química de la batería también es relativamente segura puesto que no necesita materiales volátiles, por lo que las baterías de zinc-aire no tienen tendencia a provocar fuegos como ocurre con las baterías de litio-ion.

Debido a estas ventajas, las baterías no recargables de zinc-aire llevan mucho tiempo en el mercado. Sin embargo, hacer que sean recargables ha sido un reto hasta ahora. Dentro de la batería, un electrodo poroso de “aire” atrae al oxígeno y, con la ayuda de unos catalizadores en la superficie entre el aire y un electrolito basado en agua, lo reduce a un estado de iones de hidróxilo. Éstos viajan a través de un electrolito hasta el electrodo de zinc, donde el zinc acaba siendo oxidado—una reacción que libera electrones y genera una corriente. Para la recarga, el proceso se invierte: el óxido de zinc se convierte de nuevo en zinc y el oxígeno se libera por el electrodo de aire. Sin embargo, después de una serie de ciclos de carga y descarga, el electrodo de aire puede acabar desactivándose, decelerando o deteniendo las reacciones de oxígeno. Esto puede deberse, por ejemplo, a que el electrolito líquido se vaya empujando gradualmente dentro de los poros, afirma Henriksen. La batería también puede fallar en caso de que se seque o si el zinc se acumula de forma irregular, formando unas estructuras con forma de rama que crean cortocircuitos entre los electrodos.

ReVolt afirma que ha desarrollado unos métodos para controlar la forma del electrodo de zinc (mediante el uso de ciertos agentes de solidificación y vinculación) y para administrar la humedad dentro de la célula. También ha puesto a prueba un nuevo electrodo de aire, consistente en una combinación de catalizadores cuidadosamente dispersos y que mejoran la reducción de oxígeno del aire durante la descarga, además de encargarse de incentivar la producción de oxígeno durante la carga. Los prototipos han funcionado bien durante más de cien ciclos, y los primeros productos de la compañía se espera que sean útiles durante unos doscientos ciclos. McDougal espera incrementar esta cifra entre 300 y 500 ciclos, lo que las hará útiles para los teléfonos móviles y las bicicletas eléctricas.

Para los vehículos eléctricos, ReVolt está desarrollando una novedosa estructura de batería que se parece a la de una célula de combustible. Sus primeras baterías utilizan dos electrodos planos, que son comparables en cuanto a tamaño. En las nuevas baterías, un electrodo será un líquido—un lodo de zinc. Los electrodos de aire tendrán forma de tubos. Para generar electricidad, el lodo de zinc, que está almacenado en un compartimento dentro de la batería, se bombea a través de los tubos donde acaba siendo oxidado, formando óxido de zinc y liberando electrones. El óxido de zinc después se acumula en otro compartimento dentro de la batería. Durante la recarga, el óxido de zinc fluye de vuelta a través del electrodo de aire, donde libera el oxígeno, formando zinc de nuevo.
Para la batería de uso en vehículos que tiene prevista la compañía, la cantidad de lodo de zinc puede ser mucho mayor que la cantidad de material en el electrodo de aire, incrementando la densidad de energía. De hecho, el sistema sería como un sistema de célula de combustible o un motor convencional, dentro del cual el lodo de zinc actuaría esencialmente como combustible—bombeado a través del electrodo de aire del mismo modo que el hidrógeno en una célula de combustible o la gasolina en un motor de combustión. McDougal afirma que las baterías también podrían durar más tiempo—entre 2.000 y 10.000 ciclos. Y en caso de que una parte falle—como por ejemplo el electrodo de aire—podría reemplazarse, eliminando la necesidad de comprar una batería entera.

Como con las células de combustible, este sistema puede que necesite emparejarse con otro tipo de batería para los momentos de aceleración o para capturar la energía de procesos como el frenado. Además, Henriksen señala que existen otras baterías experimentales de zinc-aire que ya han alcanzado los 200 ciclos.

El éxito comercial del diseño plano más convencional podría depender de otros factores, tales como si las nuevas baterías proporcionan energía a cuotas más altas que otras baterías experimentales de zinc-aire, tal y como señala la compañía, y si los objetivos para alcanzar un número de ciclos más alto se pueden conseguir. El nuevo diseño basado en tubos no se empezará a producir hasta pasados unos años.

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