Investigadores de Cornell desarrollan un dispositivo inalámbrico ultraligero para rastrear el cerebro animal en libertad

Bioingenieros y neurocientíficos de Cornell University han desarrollado un dispositivo inalámbrico de registro cerebral ultraminiaturizado diseñado para monitorear la actividad neuronal animal durante el movimiento sin restricciones en entornos naturales. Según los informes de TOI Science Desk, el sistema pesa menos que una moneda estándar de diez centavos de United States, que tiene una masa oficial de 2.268 gramos. Al eliminar los voluminosos paquetes de baterías, los gruesos haces de fibra óptica y el cableado físico que sujeta a los sujetos a las consolas de registro, la tecnología permite a los investigadores observar cómo los animales se desplazan, se comunican e interactúan socialmente sin interferencias mecánicas.

## Datos clave

- Diseñado por investigadores de Cornell University en Ithaca, New York. - La masa es más ligera que un U.S. dime, situando el peso total del dispositivo por debajo de 2.268 gramos. - Funciona mediante telemetría inalámbrica de bajo consumo para transmitir datos neuronales en tiempo real. - Permite un movimiento físico sin restricciones, incluyendo la navegación, la interacción social y la comunicación. - Supera los límites físicos de peso que anteriormente restringían el registro neuronal inalámbrico en modelos animales pequeños.

## Qué ocurrió

Según lo informado por TOI Science Desk, el equipo de Cornell University diseñó una unidad de telemetría neuronal ligera y totalmente integrada capaz de capturar señales eléctricas complejas del cerebro mientras está montada en un animal en libre movimiento. Los experimentos tradicionales de neurofisiología a menudo requieren que los animales estén anclados a equipos de registro fijos mediante cables coaxiales o de fibra óptica, o que lleven pesados dispositivos de cabezal (headstages) que alteran su marcha y postura naturales.

El nuevo hardware integra amplificación de señales, microcircuitos de digitalización y transmisión inalámbrica en una placa de circuito microscópica alimentada por una fuente de energía mínima. Al reducir el tamaño físico y la masa del conjunto a menos de dos gramos, el dispositivo se puede montar en pequeños sujetos de laboratorio o animales silvestres sin superar los límites de carga fisiológica. Esto permite a los investigadores transmitir continuamente datos neuronales a través de canales inalámbricos de alta frecuencia mientras los sujetos se mueven, forrajean, se comunican o participan en comportamientos sociales en entornos complejos.

## Por qué es importante

Comprender las bases neurológicas del comportamiento complejo requiere observar a los animales cuando sus acciones no tienen restricciones. Durante décadas, los electrofisiólogos se han enfrentado a una disyuntiva fundamental: los datos neuronales de alta fidelidad solo podían obtenerse de animales inmóviles, sujetos sujetados o criaturas que arrastraban pesados cables que limitaban sus movimientos naturales. Este entorno artificial puede alterar los niveles de estrés, los patrones de locomoción y los circuitos de disparo neuronal, distorsionando potencialmente las observaciones científicas del mapeo espacial, la función ejecutiva y la interacción social.

Al reducir el peso del hardware por debajo del umbral de 2.268 gramos de un U.S. dime, el dispositivo de Cornell abre nuevas posibilidades de investigación para modelos animales pequeños. Los ratones de laboratorio (*Mus musculus*), que suelen pesar entre 18 y 30 gramos, pueden llevar este dispositivo en la cabeza sin superar las directrices veterinarias estándar sobre el peso de la carga útil. El monitoreo inalámbrico ligero también permite a los investigadores estudiar especies cuyos comportamientos son imposibles de replicar en entornos de laboratorio con cable, como aves cantoras en vuelo, murciélagos que se desplazan en tres dimensiones o roedores que se mueven a través de complejas madrigueras subterráneas.

Más allá de la investigación biológica básica, los principios de ingeniería que impulsan la telemetría inalámbrica de menos de un gramo tienen aplicaciones directas en la ingeniería biomédica humana. Las interfaces neuronales de bajo consumo y ultraligeras son esenciales para desarrollar la próxima generación de interfaces cerebro-computadora (BCI), diagnósticos médicos inalámbricos y neuroprótesis avanzadas que requieran un consumo de energía mínimo y una salida térmica insignificante.

## Antecedentes

El campo de la electrofisiología ha evolucionado sustancialmente desde mediados del siglo XX, cuando los científicos registraron por primera vez potenciales de acción individuales del tejido cerebral utilizando microelectrodos metálicos finos. Los primeros estudios requerían que los animales de laboratorio estuvieran fijos en marcos estereotáxicos para evitar que los artefactos de movimiento corrompieran las delicadas señales eléctricas.

En 1971, el neurocientífico John O'Keefe descubrió las células de lugar en el hipocampo de los roedores utilizando las primeras técnicas de registro con cables flexibles, un trabajo que eventualmente le valió compartir el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2014 junto con May-Britt Moser y Edvard Moser, quienes descubrieron las células de red en 2005. Esas ideas fundamentales sobre cómo el cerebro construye mapas espaciales dependían de cables conectados a conmutadores giratorios suspendidos sobre arenas de campo abierto. Sin embargo, las instalaciones con cables siguen estando fundamentalmente limitadas por el par de torsión, la fricción y el enredo de los cables, restringiendo los experimentos a recintos planos y abiertos.

En las últimas décadas, la electrónica de estado sólido y los sistemas microelectromecánicos (MEMS) permitieron la creación de sondas neuronales de silicio, como la tecnología Neuropixels lanzada en 2017. Aunque estas sondas aumentaron drásticamente el número de canales cerebrales registrados simultáneamente —de docenas a cientos o miles—, aún dependían en gran medida de cables de datos físicos o de pesados cabezales para el procesamiento de datos y la energía. Los Comités Institucionales de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de las principales instituciones de investigación generalmente exigen que los dispositivos experimentales montados en la cabeza no superen del 5% al 10% del peso corporal total del sujeto para evitar distensiones en el cuello, alteración de la biomecánica o distrés crónico. Lograr un registro neuronal inalámbrico por debajo de los dos gramos ha seguido siendo, por consiguiente, un objetivo principal en la ingeniería neuronal.

## Reacciones

Aunque no se incluyeron declaraciones públicas formales de organismos académicos externos en el informe inicial de TOI Science Desk, se espera que el desarrollo atraiga una atención sustancial en las comunidades globales de neurociencia, bioingeniería e investigación ética.

Se espera que los neurocientíficos especializados en etología —el estudio del comportamiento animal natural— evalúen cómo funciona el dispositivo en diferentes condiciones ambientales, como sitios de campo con alta humedad o madrigueras subterráneas. Es probable que los defensores del bienestar de los animales de laboratorio y los comités de supervisión institucional reciban con agrado la reducción de la carga física sobre los sujetos experimentales, ya que un hardware más ligero reduce el estrés físico y disminuye el riesgo de lesiones mecánicas asociadas con cables enganchados.

También se prevé que las empresas comerciales de tecnología neuronal y las iniciativas de hardware de código abierto en neurociencia revisen la arquitectura de diseño del sistema para explorar si sus protocolos de transmisión inalámbrica de bajo consumo pueden integrarse en los flujos de trabajo de investigación existentes o escalarse para neurotecnologías humanas.

## Lo que aún no sabemos

Varios detalles técnicos clave siguen sin confirmarse en el informe inicial de TOI Science Desk. No se ha especificado el recuento preciso de canales —el número de células cerebrales individuales o potenciales de campo local que el dispositivo puede monitorear simultáneamente—. Los sistemas con alta densidad de canales suelen requerir mayor potencia de procesamiento y ancho de banda de transmisión, lo que crea compromisos de diseño entre la resolución de los datos y la masa de la batería.

Además, la duración operativa de la batería y el alcance inalámbrico continuo del hardware siguen sin establecerse. Actualmente no está claro si el dispositivo depende de baterías en miniatura de celda primaria, microcondensadores recargables o transferencia continua de energía inalámbrica a través de recolección de radiofrecuencia (RF). La especie animal específica utilizada para probar el sistema durante los ensayos iniciales, así como si el hardware se lanzará como una herramienta académica de código abierto o se comercializará a través de una empresa privada, también están pendientes de detallarse.

## A qué prestar atención

El siguiente paso inmediato para el equipo de investigación de Cornell será la publicación de su metodología completa y los datos de validación empírica en una revista científica revisada por pares. Los investigadores y observadores del sector estarán atentos a estos próximos artículos para obtener métricas detalladas sobre la relación señal-ruido, la disipación de potencia, los perfiles de seguridad térmica y la estabilidad de la señal a largo plazo en implantes crónicos.

Esté atento a los estudios de seguimiento que demuestren la tecnología en entornos experimentales no estándar, como recintos sociales de varios animales, laberintos tridimensionales complejos o estaciones de campo al aire libre. Otras instituciones de investigación también pueden intentar adaptar la tecnología a herramientas experimentales complementarias, como la combinación de electrofisiología inalámbrica con optogenética sin fibra o cámaras en miniatura montadas en la cabeza (miniscopios).

*Este informe se basa en la cobertura de noticias original proporcionada por TOI Science Desk.*