Desde el estetoscopio original, inventado hace más de 200 años, hasta el chirrido fugaz de las ondas gravitacionales, el sonido ha reverberado a lo largo de la historia de los avances tecnológicos y científicos.
Actualmente, el papel del sonido en la ciencia trasciende el rango de frecuencias audibles: las ondas ultrasónicas y otras ondas acústicas silenciosas ayudan a los estudiosos a ampliar los límites convencionales de la medicina y el campo del conocimiento en general.
En laboratorios de la Universidad de Stanford (EE.UU.) están investigando el espectro completo, aprovechando los matices del ruido y el poder de la acústica para generar nuevas tecnologías.
Coreografía acústica
Las células del corazón (o cardiomiocitos) se hallan entre las más densamente agrupadas del cuerpo: alrededor de 100 millones caben en un espacio del tamaño de un terrón de azúcar. La estructura compacta comprime las células tanto que pueden comunicarse entre sí y latir como un bulto. Para los investigadores esto representa un obstáculo complicado: compacta las células con excesiva fuerza y algunas pueden no conseguir los nutrientes adecuados ni coordinar un ritmo.
El cardiólogo Sean Wu, que había estado investigando este problema, y Utkan Demirci, bioingeniero acústico y profesor de radiología, cruzaron sus caminos. Como resultado “Utkan mencionó la idea de que podríamos usar la acústica para empaquetar las células de manera muy densa y aun así mantener la capacidad de controlar y ajustar su organización”, recuerda Wu.
La idea de Demirci gira en torno a un tipo de señal acústica que crea ondas de Faraday, que resultan de una perturbación física en la interfaz del líquido y el aire. Si alguna vez has volado en un avión que sufre los efectos de una turbulencia, sosteniendo una taza, en esta has podido ver las ondas de Faraday: estas causan otras ondas en el líquido y cualquier cosa que flote en el líquido también se derrama.
“Podemos desencadenar esas ondas en microescala -explica Demirci-. Como cuando las mareas del océano arrastran los tesoros de un barco hundido a la costa, hacemos lo mismo con las células del corazón”. La gran diferencia es que también pueden controlar el “oleaje” ajustando una perilla que cambia las ondas.
Así es posible guiar las células del corazón en casi cualquier patrón que deseen. “Puedes hacer triángulos, formas hexagonales, círculos, líneas, incluso hacer una pequeña forma humana”, asegura Demirci.
Y agrega Wu que “si no te gusta el patrón por cualquier motivo, puedes cambiarlo, literalmente, en cinco o seis segundos. Cambias la frecuencia y la amplitud, y las células se mueven a un nuevo lugar justo frente a tus ojos”.
A diferencia de otras técnicas de ingeniería de tejidos, en este caso la acústica ubica las células del corazón en una configuración ajustada que se asemeja mucho al tejido cardíaco natural, algo sumamente ventajoso para el procedimiento médico.
Wu y Demirci creen que la ingeniería acústica podría ayudar a fomentar modelos más realistas en el tratamiento de enfermedades cardíacas. Y más aún: en el futuro se podrá contar con tejido generado como una opción para los parches cardíacos en pacientes que tienen paredes cardíacas débiles o con daños por un ataque cardíaco.
Estetoscopio cerebral
Mientras escuchaba un cuarteto de cuerdas tocar sobre grabaciones de ondas de plasma capturadas en el espacio exterior y convertidas en sonido, el neurólogo Josef Parvizi ideó una sinfonía propia. “Si puedes convertir las señales del espacio en sonido, quizás también puedas convertir las ondas cerebrales en sonido”, pensó.
Así fue que Parvizi envió un correo electrónico a Christopher Chafe, un compositor con experiencia en convertir conjuntos de datos atípicos en música, y le explicó su idea. De la siguiente forma describe lo que ocurrió a continuación: “Un profesor de música loco y un neurólogo loco decidieron colaborar en una idea extraña”. Chafe es el director del Centro de Investigación Informática en Música y Acústica de Stanford.
Después de varios años de estudio la idea derivó en lo que Parvizi denomina “el estetoscopio cerebral”. Un instrumento, que no es invasivo y parece una banda para el sudor, se sujeta a la cabeza de una persona y escucha las señales eléctricas del cerebro. Con solo apretar un botón, esas señales se convierten en sonido que se transmite desde un pequeño altavoz conectado a la banda.
La idea es que los médicos puedan “oír” el tono del cerebro, especialmente si hay una convulsión.
“Imagina que abres la ventana de una habitación de hotel y toda la ciudad ‘canta’ exactamente lo mismo -dice Parvizi-. Puede que no sepas exactamente lo que está pasando, pero sabes que no es normal. La misma idea se aplica con el cerebro; las señales no deben ser demasiado sincrónicas. Si es así, el cerebro está teniendo una convulsión”. El registro audible de un cerebro afectado y un cerebro normal es muy distinto.
Por supuesto que si alguien está convulsionando y tiembla, no se necesita un estetoscopio para confirmar que tiene una convulsión. Pero existen convulsiones subclínicas que no presentan los síntomas físicos obvios.
Alguien que tenga una de estas “tormentas silenciosas” puede parecer desorientado y no responder, o puede quedarse dormido imprevistamente. A la vista del público, este tipo de convulsiones suele pasar desapercibido, pero eso no quiere decir que sean menos amenazadoras para la salud.
Parvizi afirma que ahora hay gran cantidad de evidencia que demuestra que las convulsiones silenciosas prolongadas son dañinas para el cerebro, especialmente en los niños, cuyos cerebros aún se están desarrollando.
“En ese momento los pacientes necesitan un neurólogo capacitado para detectar una convulsión. Puede ser controvertido, pero mi objetivo es permitir que cualquiera las detecte: todo tipo de médicos, enfermeras, médicos en formación”. Incluso los padres, según admite.
“Deseo que las mamás y los papás puedan saber si su hijo está teniendo una convulsión para que busquen atención profesional”, agrega Parvizi.
En mayo de 2017, la FDA dio luz verde a la invención de Parvizi y desde entonces se ha probado las capacidades del estetoscopio en varios hospitales, con resultados alentadores.
Esto podría cambiar drásticamente la atención médica cuando se trata de monitorear cerebros.
Medicina implantable
Coloque dos granos de arroz uno al lado del otro y habrá replicado el tamaño de un chip médico de próxima generación bastante inteligente ideado por Amin Arbabian, profesor asistente de ingeniería eléctrica. El chip es un dispositivo implantable, como un marcapasos o un estimulador nervioso, pero se diferencia por el modo en que se alimenta: no por baterías o cables, sino por sonido.
“Ha sido un desafío de larga data hacer que los dispositivos médicos sean lo más pequeños posible y operar profundamente en el cuerpo. El ultrasonido lo permite”, dice Arbabian.
El uso a largo plazo del ultrasonido en imágenes fetales ha ganado fama por ser seguro y confiable, lo que lo convierte en un candidato ideal para alimentar un chip que se puede alojar en el cuerpo.
Como si de una navaja suiza de dispositivos implantables se tratara, el chip puede cambiar su función para satisfacer diferentes necesidades biológicas. Sus diversos modos están controlados por el mismo elemento que lo alimenta. “El ultrasonido es tanto una fuente de energía como una forma de comunicarse con el dispositivo”, explica Arbabian.
Un pequeño módulo, llamado recolector, se instala en el chip y convierte las ondas de ultrasonido en electricidad. Al transmitir pulsos de ultrasonido al chip, puede enviar comandos codificados, como el código morse. “Podemos, por ejemplo, indicarle que comience a monitorear un determinado parámetro, como la presión arterial, o canalizar un pulso eléctrico para estimular un nervio o desencadenar la liberación precisa de un medicamento en un lugar en particular”, señala el científico.
El objetivo es crear un chip “inteligente” activo o una red distribuida de chips inteligentes, no solo para ejecutar acciones específicas, sino también para monitorear parámetros fisiológicos y transmitir datos útiles sobre el paciente.
Esta información, como los niveles de insulina o la presión arterial, se envía a un dispositivo externo, al que los médicos pueden acceder. En ese sentido, Arbabian y su equipo están trabajando en un sistema de circuito cerrado en el que el implante sea autosuficiente y pueda funcionar sin problemas en el cuerpo, sin instrucciones constantes.
En un sistema de circuito cerrado, los sensores del chip activarían la liberación de una dosis de su agente terapéutico, que podría ser un pulso eléctrico o un fármaco encerrado en una cámara separada del chip. En pacientes con hipertensión, por ejemplo, el implante controlaría las arterias. Si el chip detecta un aumento de la presión arterial, administra un medicamento para ayudar a reducir la presión.
De tal modo que “podríamos ver que este sistema funciona para mantener la presión arterial o controlar la incontinencia urinaria o la diabetes”, expresa Arbabian.
Él y su equipo están trabajando en la próxima generación del implante y a pesar de que hay mucho más trabajo por hacer, según admite, hay muchas razones para tener esperanzas.
En resumen, los sonidos se utilizan para crear y armonizar, “además de limpiar y liberar”, según se dice en ámbitos menos académicos. Principios estos que se esgrimen en la ciencia usando generadores acústicos de alta precisión y que, quizá, pueden ser aplicados de forma segura con sonidos armónicos no invasivos y naturales, como nuestras voces e instrumentos acústicos. Pero esta es otra cuestión.
Fuente: https://cutt.ly/cWvSX8o
