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Nawal Kinany spent eight years on a blur. Her subject was not the moon but the human spinal cord, and the faint, noisy signal that functional magnetic resonance imaging, or fMRI, picks up from it. The picture she helped sharpen now guides treatments for paralysis, and it may soon do the same for stroke and Parkinson's.
Nawal Kinany pasó ocho años tratando de descifrar una imagen borrosa. Su objeto de estudio no era la Luna, sino la médula espinal humana, y la señal débil y ruidosa que la resonancia magnética funcional, o fMRI, capta de ella. La imagen que ayudó a precisar ya guía tratamientos para la parálisis, y podría hacer lo mismo pronto con el ictus y el Parkinson.
fMRI does not see neurons fire. It tracks the rush of oxygen-rich blood that follows their activity, a few seconds late, with one snapshot every two or three seconds. In the brain, that is enough to show where activity happens and how it shifts. In the spinal cord, a structure barely a centimeter across, every heartbeat and every breath adds noise that can drown the signal entirely. Dimitri Van De Ville, who heads EPFL's Medical Image Processing Laboratory, has built his career on the mathematics that pull activity out of that noise.
La fMRI no ve disparar a las neuronas. Registra el flujo de sangre rica en oxígeno que sigue a su actividad, con un retraso de unos segundos, y toma una imagen cada dos o tres segundos. En el cerebro, eso basta para mostrar dónde ocurre la actividad y cómo cambia. En la médula espinal, una estructura que mide apenas un centímetro de ancho, cada latido y cada respiración añaden un ruido que puede ahogar la señal por completo. Dimitri Van De Ville, que dirige el Laboratorio de Procesamiento de Imágenes Médicas de la EPFL, ha construido su carrera sobre las matemáticas que extraen la actividad de ese ruido.
The project began in 2016, when Kinany was splitting her doctoral work between two EPFL labs at Campus Biotech in Geneva. Her team recorded brain activity, muscles and movements in people paralyzed after a stroke, and something seemed to be missing between them. 'We realized that there was kind of the missing link between all of this, which was the spinal cord,' she says. Colleagues were not convinced. 'The spinal cord is a tube,' they told her.
El proyecto comenzó en 2016, cuando Kinany repartía su trabajo de doctorado entre dos laboratorios de la EPFL en el Campus Biotech de Ginebra. Su equipo registraba la actividad cerebral, los músculos y los movimientos de personas paralizadas tras un ictus, y parecía faltar algo entre ellos. «Nos dimos cuenta de que existía una especie de eslabón perdido en todo esto, que era la médula espinal», explica. Sus colegas no estaban convencidos. «La médula espinal es un tubo», le respondieron.
The new result comes from a preprint, posted before peer review, in which doctoral student Ekansh Sareen worked with Friedhelm Hummel's team. They used transcranial magnetic stimulation, or TMS, a coil held against the scalp that sends a brief magnetic pulse into the motor cortex, while imaging the spinal cords of 22 volunteers. Weak pulses lit up only the cord's sensory side. Stronger ones spread through an intermediate zone to the motor neurons that make the hand twitch. Sareen compares the cord to an information railway, where some switches change how the traffic flows. According to the team, it is the first time anyone has watched, in humans, what a pulse to the brain does in the cord.
El nuevo resultado procede de un preprint, publicado antes de la revisión por pares, en el que la doctoranda Ekansh Sareen trabajó con el equipo de Friedhelm Hummel. Usaron estimulación magnética transcraneal, o TMS, una bobina colocada contra el cuero cabelludo que envía un breve pulso magnético a la corteza motora, mientras escaneaban las médulas espinales de 22 voluntarios. Los pulsos débiles iluminaban solo el lado sensorial de la médula. Los más intensos se extendían por una zona intermedia hasta las neuronas motoras que hacen que la mano se mueva. Sareen compara la médula con una vía férrea de información, donde algunos cambios de agujas alteran la forma en que circula el tráfico. Según el equipo, es la primera vez que alguien observa en humanos qué hace un pulso dirigido al cerebro en la médula.
None of this is a therapy yet. Every spinal cord is wired a little differently, so the nerves serving a given muscle can join the cord a segment higher or lower from one person to the next. That matters for implants: in 2022, the Lausanne center .NeuroRestore reported that three people with complete paralysis could stand and walk again with a stimulator placed on the spinal cord. The team is now bringing the imaging method to CHUV, Lausanne's university hospital, ahead of a trial in stroke. No start date for that trial is given.
Nada de esto es todavía una terapia. Cada médula espinal está cableada de forma algo distinta, de modo que los nervios que sirven a un músculo concreto pueden conectarse a la médula un segmento más arriba o más abajo según la persona. Eso importa para los implantes: en 2022, el centro de Lausana .NeuroRestore informó de que tres personas con parálisis completa habían vuelto a ponerse de pie y a caminar gracias a un estimulador colocado sobre la médula espinal. El equipo lleva ahora el método de imagen al CHUV, el hospital universitario de Lausana, antes de un ensayo sobre ictus. No se ha anunciado una fecha de inicio para ese ensayo.
For stroke patients, the gain would be a way to tailor rehabilitation and implants to each person's own cord rather than to an average one. For people with paralysis, it would be a finer map of which spinal circuits can be stimulated. The timeline stays open: the study is a preprint on 22 people, and the stroke trial has no announced date.
Para los pacientes con ictus, la ganancia sería poder adaptar la rehabilitación y los implantes a la médula de cada persona, en lugar de a una médula promedio. Para las personas con parálisis, supondría un mapa más preciso de qué circuitos espinales pueden estimularse. El calendario sigue abierto: el estudio es un preprint sobre 22 personas, y el ensayo sobre ictus no tiene fecha anunciada.