Investigación de la BUAP es utilizada en dispositivos tecnológicos espaciales

Más de 30 años de investigación en fisiología del sistema vestibular a cargo de los doctores Enrique Soto Eguibar y Rosario Vega y Sainz de Miera, académicos del Instituto de Fisiología de la BUAP, dieron como resultado la creación de un dispositivo auxiliar para usarse tanto en sujetos con daño vestibular como en condiciones extremas, como la microgravedad, y devolver la sensación espacial a los sujetos.

Se trata de un casco aeroespacial, proyecto tecnológico resultado de una patente entre la BUAP -Instituto de Fisiología y la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM)- y la Universidad Estatal de Moscú, en Rusia: “Desarrollo de un dispositivo para estabilización personal de condiciones extremas”, en coautoría con Vladimir Alexandrov Kuteinikov, académico de la FCFM, y Víktor Sadóvnichiy, actual rector de esa institución rusa.

Los estudios del equipo de investigación del Instituto de Fisiología se centran en saber cómo los estímulos externos son procesados por las células; es decir, cómo la información que se envía al cerebro advierte un desplazamiento o falta de gravedad, aspectos esenciales para mantener el equilibrio. Para ello, se realiza investigación básica sobre la actividad eléctrica de las neuronas vestibulares y cómo es que el oído interno codifica la información que manda hacia el sistema nervioso central.

Es así que estudian modelos animales –ratas y anfibios-, líneas celulares, oído aislado, modelos matemáticos y respuestas reflejo vestíbulo-oculares y vestíbulo-espinales en humanos. Lo anterior, con la finalidad de contribuir a devolver la sensación de orientación y equilibrio a sujetos con lesiones vestibulares y en el espacio a cosmonautas.

La colaboración con el Departamento de Mecánica Aplicada en la Escuela de Física, de la Universidad Estatal de Moscú, permitió convertir esta investigación básica en aplicaciones tecnológicas como el desarrollo de dispositivos que contribuyen a estabilizar la mirada a los cosmonautas. Por lo tanto, la creación del casco aeroespacial es una consecuencia. “Éste es un desarrollo complejo y nuestra participación es la realización de las pruebas en sujetos voluntarios”, precisó el doctor Enrique Soto.

La fabricación del casco está a cargo de investigadores de la Agencia Espacial Federal Rusa -conocida como Roscosmos-, del Instituto de Problemas Médico Biológicos y del Centro de Entrenamiento de Cosmonautas. A futuro, se pretende que este desarrollo tecnológico se utilice en la Estación Espacial Internacional, para devolver a los astronautas la sensación de verticalidad y mejorar la estabilización de la mirada en el espacio.

Como parte de este trabajo, en 2015 fueron lanzados los sensores del casco a bordo de un satélite educativo de colaboración internacional (MVL-220), para conocer el correcto funcionamiento de giróscopos y acelerómetros del dispositivo en el Experimento IMIS.

Un modelo matemático

El sistema vestibular se encarga de producir reflejos oculares para estabilizar la mirada y la postura, mantener el equilibrio y generar reflejos ortostáticos. Además, da un marco de referencia egocéntrica y de desplazamiento del sujeto en su entorno, por lo que la información derivada de este sistema le permitirá saber los movimientos de su cabeza y generar los reflejos para mantenerse de pie.

Por ejemplo, al viajar en autobús y cuando éste acelera, uno tiende a irse hacia atrás, para evitar esta situación se generan respuestas reflejas como dar un paso y no caer. Estos reflejos vestíbulo-espinales son debido a que este sistema tiene sensores que detectan el desplazamiento. Lo mismo sucede al manejar, cuando se ve hacia al frente y hay desplazamientos inesperados del automóvil, por ejemplo un bache, los reflejos vestíbulo-oculares mantienen los ojos en la posición adecuada estabilizando la visión aun ante estos desplazamientos inesperados de la cabeza.

Para simular la forma en la que el nervio vestibular envía esa información al cerebro, los doctores Enrique Soto Eguibar y Vladimir Alexandrov crearon un modelo matemático que traduce los resultados experimentales del equipo del Instituto de Fisiología sobre estudios moleculares, de histoquímica a nivel celular, entre otros. Esas ecuaciones se utilizan para tomar la señal que viene de un sensor artificial, transformarla e inyectarla en los electrodos, como función de transferencia.

Reproducir funciones de equilibrio

Enrique Soto Eguibar, doctor en Investigación Biomédica Básica por el Instituto de Fisiología Celular de la UNAM, explicó que para reproducir las funciones del órgano del equilibrio utilizaron un método de estimulación eléctrica transcraneal en las regiones mastoides, que consiste en colocar unos electrodos justo detrás de las orejas y sienes y aplicar pequeños voltajes mediante una diadema con electrodos.

Los sensores detectan los movimientos de la cabeza, el modelo matemático procesa la salida de los sensores y la convierte en señales adecuadas para el cerebro y devolver la sensibilidad de posición, mediante estímulos eléctricos de amplitud y frecuencia variable.

El doctor Soto Eguibar precisó: “El sistema de estimulación galvánico ha sido nuestro principal trabajo. Cotidianamente, realizamos experimentos de estimulación eléctrica en sujetos voluntarios y en modelos animales. El objetivo es estudiar diferentes tipos de estimulación con ciertas características de frecuencia, amplitud y localización de los electrodos, así como el tipo de respuestas reflejas que producen en los humanos. Por ello, trabajamos en definir cuáles serían las combinaciones de estímulos para producir respuestas adecuadas que contrarresten caídas, ocasionadas por la pérdida del equilibrio”.

También, se estudian modelos animales para definir cuáles serían los mecanismos mediante los cuales esta estimulación eléctrica transcraneal influye en la actividad de los nervios auditivo vestibulares.

Todos estos resultados se han reflejado en tres patentes internacionales y una veintena de publicaciones en revistas científicas.