Ingeniería neuronal

This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these messages) This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (June 2015) (Learn how and when to remove this message) This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Neural engineering" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (May 2024) (Learn how and when to remove this message) This article needs to be updated. Please help update this article to reflect recent events or newly available information. (May 2024) This article may require copy editing for grammar, style, cohesion, tone, or spelling. You can assist by editing it. (May 2024) (Learn how and when to remove this message) (Learn how and when to remove this message)

La ingeniería neuronal (también conocida como neuroingeniería ) es una disciplina dentro de la ingeniería biomédica que utiliza técnicas de ingeniería para comprender, reparar, reemplazar o mejorar los sistemas neuronales. Los ingenieros neuronales están especialmente calificados para resolver problemas de diseño en la interfaz entre el tejido neuronal vivo y las estructuras no vivas. ^[1]

El campo de la ingeniería neuronal se nutre de los campos de la neurociencia computacional , la neurociencia experimental, la neurología , la ingeniería eléctrica y el procesamiento de señales de tejido neuronal vivo, y abarca elementos de la robótica , la cibernética , la ingeniería informática , la ingeniería de tejidos neuronales , la ciencia de los materiales y la nanotecnología .

Los objetivos más destacados en este campo incluyen la restauración y el aumento de la función humana a través de interacciones directas entre el sistema nervioso y dispositivos artificiales .

Gran parte de la investigación actual se centra en comprender la codificación y el procesamiento de la información en los sistemas sensoriales y motores , cuantificar cómo se altera este procesamiento en el estado patológico y cómo se puede manipular a través de interacciones con dispositivos artificiales, incluidas las interfaces cerebro-computadora y las neuroprótesis .

Otras investigaciones se centran más en la investigación mediante experimentación, incluido el uso de implantes neuronales conectados con tecnología externa.

La neurohidrodinámica es una división de la ingeniería neuronal que se centra en la hidrodinámica del sistema neurológico.

Los orígenes de la ingeniería neuronal se remontan al físico y biólogo italiano Luigi Galvani . Galvani, junto con pioneros como Emil du Bois-Reymond, descubrió que las señales eléctricas en los nervios y los músculos controlan el movimiento, lo que marca la primera comprensión de la naturaleza eléctrica del cerebro. ^[2] Como la ingeniería neuronal es un campo relativamente nuevo, la información y la investigación relacionadas con él son comparativamente limitadas, aunque esto está cambiando rápidamente. Las primeras revistas dedicadas específicamente a la ingeniería neuronal, The Journal of Neural Engineering y The Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, surgieron en 2004. El IEEE ha celebrado conferencias internacionales sobre ingeniería neuronal desde 2003, del 29 de abril al 2 de mayo de 2009 en Antalya, Turquía: la 4.ª Conferencia sobre Ingeniería Neuronal, ^[3] la 5.ª Conferencia Internacional IEEE EMBS sobre Ingeniería Neuronal en abril/mayo de 2011 en Cancún , México , y la 6.ª conferencia en San Diego , California, en noviembre de 2013. La 7.ª conferencia se celebró en abril de 2015 en Montpellier . La 8.ª conferencia se celebró en mayo de 2017 en Shanghái .

Los fundamentos de la neuroingeniería involucran la relación de las neuronas, las redes neuronales y las funciones del sistema nervioso con modelos cuantificables para ayudar al desarrollo de dispositivos que puedan interpretar y controlar señales y producir respuestas específicas.

Los mensajes que el cuerpo utiliza para influir en los pensamientos, los sentidos, los movimientos y la supervivencia están dirigidos por impulsos nerviosos transmitidos a través del tejido cerebral y al resto del cuerpo. Las neuronas son la unidad funcional básica del sistema nervioso y son células altamente especializadas que son capaces de enviar estas señales que operan funciones de alto y bajo nivel necesarias para la supervivencia y la calidad de vida. Las neuronas tienen propiedades electroquímicas especiales que les permiten procesar información y luego transmitir esa información a otras células. La actividad neuronal depende del potencial de membrana neuronal y de los cambios que ocurren a lo largo y a través de él. Un voltaje constante, conocido como potencial de membrana , normalmente se mantiene mediante ciertas concentraciones de iones específicos a través de las membranas neuronales. Las interrupciones o variaciones en este voltaje crean un desequilibrio, o polarización, a través de la membrana. La despolarización de la membrana más allá de su potencial umbral genera un potencial de acción, que es la principal fuente de transmisión de señales, conocida como neurotransmisión del sistema nervioso. Un potencial de acción da como resultado una cascada de flujo de iones hacia abajo y a través de una membrana axonal, creando un tren de picos de voltaje efectivo o "señal eléctrica" ​​que puede transmitir cambios eléctricos adicionales en otras células. Las señales pueden generarse mediante estímulos eléctricos, químicos, magnéticos, ópticos y de otras formas que influyen en el flujo de cargas y, por lo tanto, en los niveles de voltaje a través de las membranas neuronales. ^{[4] [ páginas necesarias ]}

Los ingenieros emplean herramientas cuantitativas que pueden utilizarse para comprender e interactuar con sistemas neuronales complejos. Los métodos de estudio y generación de señales químicas, eléctricas, magnéticas y ópticas responsables de los potenciales de campo extracelular y la transmisión sináptica en el tejido neuronal ayudan a los investigadores en la modulación de la actividad del sistema neuronal. ^[5] Para comprender las propiedades de la actividad del sistema neuronal, los ingenieros utilizan técnicas de procesamiento de señales y modelado computacional. ^[6] Para procesar estas señales, los ingenieros neuronales deben traducir los voltajes a través de las membranas neuronales en el código correspondiente, un proceso conocido como codificación neuronal. La codificación neuronal estudia cómo el cerebro codifica comandos simples en forma de generadores de patrones centrales (CPG), vectores de movimiento, el modelo interno cerebeloso y mapas somatotópicos para comprender el movimiento y los fenómenos sensoriales. La decodificación de estas señales en el ámbito de la neurociencia es el proceso por el cual las neuronas entienden los voltajes que se les han transmitido. Las transformaciones involucran los mecanismos por los cuales las señales de una determinada forma se interpretan y luego se traducen a otra forma. Los ingenieros buscan modelar matemáticamente estas transformaciones. ^[6] Se utilizan diversos métodos para registrar estas señales de voltaje. Pueden ser intracelulares o extracelulares. Los métodos extracelulares implican registros de una sola unidad, potenciales de campo extracelulares y amperometría; más recientemente, se han utilizado conjuntos de múltiples electrodos para registrar e imitar señales.

La neuromecánica es la unión de la neurobiología, la biomecánica, la sensación y la percepción, y la robótica. ^[7] Los investigadores están utilizando técnicas y modelos avanzados para estudiar las propiedades mecánicas de los tejidos neuronales y sus efectos en la capacidad de los tejidos para soportar y generar fuerza y ​​movimientos, así como su vulnerabilidad a la carga traumática. ^[8] Esta área de investigación se centra en traducir las transformaciones de información entre los sistemas neuromuscular y esquelético para desarrollar funciones y reglas de gobierno relacionadas con el funcionamiento y la organización de estos sistemas. ^[9] La neuromecánica se puede simular conectando modelos computacionales de circuitos neuronales a modelos de cuerpos animales situados en mundos físicos virtuales. ^[7] El análisis experimental de la biomecánica, incluida la cinemática y la dinámica de los movimientos, el proceso y los patrones de retroalimentación motora y sensorial durante los procesos de movimiento, y el circuito y la organización sináptica del cerebro responsable del control motor, se están investigando actualmente para comprender la complejidad del movimiento animal. El laboratorio de la Dra. Michelle LaPlaca en el Instituto de Tecnología de Georgia se dedica al estudio del estiramiento mecánico de cultivos celulares, la deformación por cizallamiento de cultivos celulares planos y la deformación por cizallamiento de matrices tridimensionales que contienen células. La comprensión de estos procesos se acompaña del desarrollo de modelos funcionales capaces de caracterizar estos sistemas en condiciones de circuito cerrado con parámetros especialmente definidos. El estudio de la neuromecánica tiene como objetivo mejorar los tratamientos de problemas de salud fisiológicos, lo que incluye la optimización del diseño de prótesis, la recuperación del movimiento después de una lesión y el diseño y control de robots móviles. Al estudiar las estructuras en hidrogeles tridimensionales, los investigadores pueden identificar nuevos modelos de propiedades mecánicas de las células nerviosas. Por ejemplo, LaPlaca et al. desarrollaron un nuevo modelo que muestra que la tensión puede desempeñar un papel en el cultivo celular. ^[10]

La neuromodulación tiene como objetivo tratar enfermedades o lesiones mediante el empleo de tecnologías de dispositivos médicos que mejoren o supriman la actividad del sistema nervioso con la administración de agentes farmacéuticos, señales eléctricas u otras formas de estímulo energético para restablecer el equilibrio en las regiones dañadas del cerebro. Los investigadores en este campo se enfrentan al desafío de vincular los avances en la comprensión de las señales neuronales con los avances en las tecnologías que entregan y analizan estas señales con mayor sensibilidad, biocompatibilidad y viabilidad en esquemas de circuitos cerrados en el cerebro, de modo que se puedan crear nuevos tratamientos y aplicaciones clínicas para tratar a las personas con daños neuronales de diversos tipos. ^[11] Los dispositivos neuromoduladores pueden corregir disfunciones del sistema nervioso relacionadas con la enfermedad de Parkinson, distonía, temblor, síndrome de Tourette, dolor crónico, TOC, depresión grave y, finalmente, epilepsia. ^[11] La neuromodulación es atractiva como tratamiento para diversos defectos porque se centra en el tratamiento de regiones altamente específicas del cerebro únicamente, en contraste con los tratamientos sistémicos que pueden tener efectos secundarios en el cuerpo. Los estimuladores neuromoduladores, como los conjuntos de microelectrodos, pueden estimular y registrar la función cerebral y, con mejoras posteriores, están destinados a convertirse en dispositivos de administración ajustables y sensibles a medicamentos y otros estímulos. ^[12]

La ingeniería y rehabilitación neuronales aplican la neurociencia y la ingeniería a la investigación del funcionamiento del sistema nervioso central y periférico y a la búsqueda de soluciones clínicas a los problemas creados por el daño o el mal funcionamiento del cerebro. La ingeniería aplicada a la neurorregeneración se centra en la ingeniería de dispositivos y materiales que facilitan el crecimiento de neuronas para aplicaciones específicas, como la regeneración de lesiones de nervios periféricos, la regeneración del tejido de la médula espinal en caso de lesiones de la médula espinal y la regeneración del tejido retiniano. La ingeniería genética y la ingeniería de tejidos son áreas que desarrollan andamiajes para que la médula espinal vuelva a crecer, ayudando así a solucionar problemas neurológicos. ^{[11] [13]}

La investigación centrada en la ingeniería neuronal utiliza dispositivos para estudiar cómo funciona y funciona mal el sistema nervioso. ^[13]

Las técnicas de neuroimagen se utilizan para investigar la actividad de las redes neuronales, así como la estructura y función del cerebro. Las tecnologías de neuroimagen incluyen la resonancia magnética funcional (fMRI), la resonancia magnética (MRI), la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía axial computarizada (CAT). Los estudios de neuroimagen funcional se interesan por las áreas del cerebro que realizan tareas específicas. La fMRI mide la actividad hemodinámica que está estrechamente vinculada a la actividad neuronal. Se utiliza para mapear las respuestas metabólicas en regiones específicas del cerebro a una tarea o estímulo determinado. Actualmente, se están mejorando los escáneres PET, CT y electroencefalografía (EEG) y se están utilizando para fines similares. ^[11]

Los científicos pueden utilizar observaciones experimentales de sistemas neuronales y modelos teóricos y computacionales de estos sistemas para crear redes neuronales con la esperanza de modelar sistemas neuronales de la manera más realista posible. Las redes neuronales se pueden utilizar para análisis que ayuden a diseñar más dispositivos neurotecnológicos. En concreto, los investigadores manejan el modelado analítico o de elementos finitos para determinar el control del sistema nervioso de los movimientos y aplicar estas técnicas para ayudar a los pacientes con lesiones o trastornos cerebrales. Las redes neuronales artificiales se pueden construir a partir de modelos teóricos y computacionales e implementar en computadoras a partir de ecuaciones de dispositivos teóricos o resultados experimentales del comportamiento observado de los sistemas neuronales. Los modelos pueden representar dinámicas de concentración de iones, cinética de canales, transmisión sináptica, computación de neuronas individuales, metabolismo del oxígeno o aplicación de la teoría de sistemas dinámicos. ^[10] Se utilizó un ensamblaje de plantillas basado en líquido para diseñar redes neuronales 3D a partir de microesferas portadoras sembradas con neuronas. ^[14]

Las interfaces neuronales son un elemento importante que se utiliza para estudiar los sistemas neuronales y mejorar o reemplazar la función neuronal con dispositivos diseñados. Los ingenieros se enfrentan al desafío de desarrollar electrodos que puedan registrar selectivamente los circuitos electrónicos asociados para recopilar información sobre la actividad del sistema nervioso y estimular regiones específicas del tejido neuronal para restaurar la función o la sensación de ese tejido (Cullen et al. 2011). Los materiales utilizados para estos dispositivos deben coincidir con las propiedades mecánicas del tejido neuronal en el que se colocan y se debe evaluar el daño. La interfaz neuronal implica la regeneración temporal de andamios de biomateriales o electrodos crónicos y debe gestionar la respuesta del cuerpo a materiales extraños . Las matrices de microelectrodos son avances recientes que se pueden utilizar para estudiar las redes neuronales (Cullen y Pfister 2011). Las interfaces neuronales ópticas implican grabaciones ópticas y optogenética , haciendo que ciertas células cerebrales sean sensibles a la luz para modular su actividad. Se pueden implantar fibras ópticas en el cerebro para estimular o silenciar neuronas específicas utilizando luz, así como para registrar la actividad de fotones (un proxy de la actividad neuronal) en lugar de utilizar electrodos. La microscopía de excitación de dos fotones puede estudiar las redes neuronales vivas y los eventos comunicativos entre neuronas. ^[11]

Las interfaces cerebro-computadora buscan comunicarse directamente con el sistema nervioso humano para monitorear y estimular los circuitos neuronales, así como para diagnosticar y tratar la disfunción neurológica intrínseca. La estimulación cerebral profunda es un avance significativo en este campo, que es especialmente eficaz en el tratamiento de trastornos del movimiento como la enfermedad de Parkinson, con estimulación de alta frecuencia del tejido neuronal para suprimir los temblores (Lega et al. 2011).

Se pueden desarrollar microsistemas neuronales para interpretar y enviar señales eléctricas, químicas, magnéticas y ópticas al tejido neuronal. Pueden detectar variaciones en el potencial de membrana y medir propiedades eléctricas como la población de picos, la amplitud o la frecuencia mediante el uso de electrodos o mediante la evaluación de concentraciones químicas, la intensidad de la luz fluorescente o el potencial del campo magnético. El objetivo de estos sistemas es enviar señales que influyan en el potencial del tejido neuronal y, por lo tanto, estimulen el tejido cerebral para provocar una respuesta deseada. ^[4]

Los conjuntos de microelectrodos son herramientas específicas que se utilizan para detectar los cambios bruscos de voltaje en los entornos extracelulares que se producen a partir de la propagación de un potencial de acción a lo largo de un axón. El Dr. Mark Allen y el Dr. LaPlaca han microfabricado electrodos 3D a partir de materiales citocompatibles, como polímeros SU-8 y SLA, lo que ha llevado al desarrollo de sistemas de microelectrodos in vitro e in vivo con características de alta flexibilidad y adaptabilidad para minimizar la alteración del tejido.

Las neuroprótesis son dispositivos capaces de complementar o reemplazar funciones faltantes del sistema nervioso mediante la estimulación del sistema nervioso y el registro de su actividad. Los electrodos que miden la activación de los nervios pueden integrarse con dispositivos protésicos y enviarles señales para que realicen la función prevista por la señal transmitida. Las prótesis sensoriales utilizan sensores artificiales para reemplazar la información neuronal que podría faltar en las fuentes biológicas. ^[4] Los ingenieros que investigan estos dispositivos tienen la tarea de proporcionar una interfaz artificial, crónica y segura con el tejido neuronal. Quizás la más exitosa de estas prótesis sensoriales sea el implante coclear que ha devuelto la capacidad auditiva a los sordos. La prótesis visual para restaurar las capacidades visuales de las personas ciegas aún se encuentra en etapas más elementales de desarrollo. Las prótesis motoras son dispositivos que intervienen en la estimulación eléctrica del sistema muscular neuronal biológico que puede sustituir a los mecanismos de control del cerebro o la médula espinal. Se pueden diseñar prótesis inteligentes para reemplazar miembros faltantes controlados por señales neuronales mediante el trasplante de nervios del muñón de un amputado a los músculos. Las prótesis sensoriales proporcionan retroalimentación sensorial al transformar los estímulos mecánicos de la periferia en información codificada accesible al sistema nervioso. ^[15] Los electrodos colocados sobre la piel pueden interpretar señales y luego controlar la prótesis. Estas prótesis han tenido mucho éxito. La estimulación eléctrica funcional (EEF) es un sistema destinado a restaurar procesos motores como estar de pie, caminar y agarrar con la mano. ^[11]

La neurorrobótica es el estudio de cómo los sistemas neuronales pueden ser incorporados y los movimientos emulados en máquinas mecánicas. Los neurorobots se utilizan típicamente para estudiar el control motor y la locomoción, el aprendizaje y la selección de la memoria, y los sistemas de valores y la selección de acciones. Al estudiar los neurorobots en entornos del mundo real, son más fáciles de observar y evaluar para describir la heurística de la función del robot en términos de sus sistemas neuronales integrados y las reacciones de estos sistemas a su entorno. ^[16] Por ejemplo, haciendo uso de un modelo computacional de la dinámica de punta-onda epiléptica, ya se ha demostrado la eficacia de un método para simular la reducción de las convulsiones a través de un protocolo pseudoespectral. El modelo computacional emula la conectividad cerebral mediante el uso de una resonancia magnética de un paciente con epilepsia generalizada idiopática. El método fue capaz de generar estímulos capaces de disminuir las convulsiones.

La regeneración de tejido neural, o neurorregeneración, busca restaurar la función de aquellas neuronas que han sido dañadas en pequeñas lesiones y lesiones más grandes como las causadas por una lesión cerebral traumática. La restauración funcional de los nervios dañados implica el restablecimiento de una vía continua para regenerar los axones en el sitio de inervación. Investigadores como el Dr. LaPlaca en el Instituto de Tecnología de Georgia están buscando ayudar a encontrar un tratamiento para la reparación y regeneración después de una lesión cerebral traumática y lesiones de la médula espinal mediante la aplicación de estrategias de ingeniería de tejidos. El Dr. LaPlaca está buscando métodos que combinen células madre neurales con un andamio basado en proteínas de matriz extracelular para su administración mínimamente invasiva en las lesiones de forma irregular que se forman después de una lesión traumática. Al estudiar las células madre neurales in vitro y explorar fuentes celulares alternativas, diseñar nuevos biopolímeros que podrían utilizarse en un andamio e investigar trasplantes de células o tejidos diseñados in vivo en modelos de lesión cerebral traumática y de la médula espinal, el laboratorio del Dr. LaPlaca tiene como objetivo identificar estrategias óptimas para la regeneración nerviosa después de una lesión.

La sutura quirúrgica de extremo a extremo de los extremos de los nervios dañados puede reparar pequeños huecos con injertos de nervios autólogos. Para lesiones más grandes, se puede utilizar un injerto de nervio autólogo que se haya extraído de otro sitio del cuerpo, aunque este proceso lleva mucho tiempo, es costoso y requiere dos cirugías. ^[13] El tratamiento clínico para el SNC está mínimamente disponible y se centra principalmente en reducir el daño colateral causado por fragmentos de hueso cerca del sitio de la lesión o inflamación. Una vez que disminuye la hinchazón que rodea la lesión, los pacientes se someten a rehabilitación para que los nervios restantes puedan entrenarse para compensar la falta de función nerviosa en los nervios lesionados. Actualmente no existe ningún tratamiento para restaurar la función nerviosa de los nervios del SNC que han sido dañados.

Las estrategias de ingeniería para la reparación de lesiones de la médula espinal se centran en la creación de un entorno favorable para la regeneración nerviosa. Hasta ahora, solo se ha podido tratar clínicamente el daño a los nervios periféricos del sistema nervioso periférico , pero los avances en la investigación de técnicas genéticas y biomateriales demuestran el potencial de los nervios de la médula espinal para regenerarse en entornos permisibles.

Las ventajas de los injertos de tejido autólogo son que provienen de materiales naturales que tienen una alta probabilidad de biocompatibilidad al mismo tiempo que brindan soporte estructural a los nervios que fomentan la adhesión y migración celular. ^[13] El tejido no autólogo, los injertos acelulares y los materiales basados ​​en la matriz extracelular son todas opciones que también pueden proporcionar un andamiaje ideal para la regeneración nerviosa . Algunos provienen de tejidos alogénicos o xenogénicos que deben combinarse con inmunosupresores , mientras que otros incluyen submucosa del intestino delgado e injertos de tejido amniótico. Los materiales sintéticos son opciones atractivas porque sus propiedades físicas y químicas generalmente se pueden controlar. Un desafío que permanece con los materiales sintéticos es la biocompatibilidad . Se ha demostrado que las construcciones basadas en metilcelulosa son una opción biocompatible que cumple con este propósito. ^[17] AxoGen utiliza una tecnología de injerto celular AVANCE para imitar un nervio humano. Se ha demostrado que logra una recuperación significativa en el 87 por ciento de los pacientes con lesiones de los nervios periféricos. ^[18]

Los canales de guía nerviosa y los conductos de guía nerviosa son estrategias innovadoras que se centran en defectos más grandes y que proporcionan un conducto para que broten axones que dirigen el crecimiento y reducen la inhibición del crecimiento causada por el tejido cicatricial. Los canales de guía nerviosa deben poder formarse fácilmente en un conducto con las dimensiones deseadas, esterilizables, resistentes al desgarro y fáciles de manipular y suturar. ^[13] Lo ideal sería que se degradaran con el tiempo con la regeneración nerviosa, fueran flexibles, semipermeables, mantuvieran su forma y tuvieran una pared interna lisa que imitara la de un nervio real.

Se necesitan sistemas de administración altamente controlados para promover la regeneración neuronal . Los factores neurotróficos pueden influir en el desarrollo, la supervivencia, el crecimiento y la ramificación. Las neurotrofinas incluyen el factor de crecimiento nervioso (NGF), el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), la neurotrofina-3 (NT-3) y la neurotrofina-4/5 (NT-4/5). Otros factores son el factor neurotrófico ciliar (CNTF), el factor de crecimiento derivado de la línea celular glial (GDNF) y el factor de crecimiento de fibroblastos ácido y básico (aFGF, bFGF) que promueven una variedad de respuestas neuronales. ^[13] También se ha demostrado que la fibronectina apoya la regeneración nerviosa después de un TCE en ratas. ^[19] Otras terapias están investigando la regeneración de los nervios mediante la regulación positiva de los genes asociados a la regeneración (RAG), los componentes del citoesqueleto neuronal y los factores antiapoptosis. Los RAG incluyen GAP-43 y Cap-23, moléculas de adhesión como la familia L1 , NCAM y N-cadherina . También existe la posibilidad de bloquear biomoléculas inhibidoras en el SNC debido a la cicatrización glial. Algunos de los tratamientos que se están estudiando actualmente son los tratamientos con condroitinasa ABC y el bloqueo de NgR, ADP-ribosa. ^[13]

Los dispositivos de administración deben ser biocompatibles y estables in vivo. Algunos ejemplos incluyen bombas osmóticas, depósitos de silicona, matrices poliméricas y microesferas. También se han estudiado técnicas de terapia génica para proporcionar una producción a largo plazo de factores de crecimiento y podrían administrarse con vectores virales o no virales como lipoplexes. Las células también son vehículos de administración eficaces para los componentes de la matriz extracelular, los factores neurotróficos y las moléculas de adhesión celular. Las células de la envoltura olfatoria (OEC) y las células madre, así como las células modificadas genéticamente, se han utilizado como trasplantes para apoyar la regeneración nerviosa. ^{[10] [13] [19]}

Las terapias avanzadas combinan canales de guía complejos y estímulos múltiples que se centran en estructuras internas que imitan la arquitectura nerviosa y que contienen matrices internas de fibras o canales alineados longitudinalmente. La fabricación de estas estructuras puede utilizar diversas tecnologías: alineación de fibras de polímeros magnéticos, moldeo por inyección, separación de fases, fabricación de formas libres sólidas e impresión de polímeros por inyección de tinta. ^[13]

La mejora de los sistemas neuronales humanos, o el mejoramiento humano mediante técnicas de ingeniería, es otra posible aplicación de la neuroingeniería. Ya se ha demostrado que la estimulación cerebral profunda mejora la capacidad de recordar, como lo han notado los pacientes que actualmente utilizan este tratamiento para trastornos neurológicos. Se postula que las técnicas de estimulación cerebral pueden esculpir emociones y personalidades, así como mejorar la motivación, reducir las inhibiciones, etc., según lo solicite el individuo. Las cuestiones éticas de este tipo de mejora humana son un nuevo conjunto de preguntas con las que los ingenieros neuronales tienen que lidiar a medida que se desarrollan estos estudios. ^[11]

• Interfaz cerebro-computadora
• Lectura del cerebro
• Cibernética
• Ciberware
• Máquina de experiencias
• Neuroprótesis
• Neuroseguridad
• Neurotecnología
• Chips de silicio con memoria neuronal protésica
• Sustitución sensorial
• Realidad simulada
• Wirehead (ciencia ficción)

• Cullen, DK; Pfister, B (2011). "Estado del arte y desafíos futuros en ingeniería neuronal: interfaces neuronales: prólogo / comentario de los editores (volumen 1)". Crit Rev Biomed Eng . 39 (1): 1–3. doi :10.1615/critrevbiomedeng.v39.i1.10. PMID  21488811.
• Cullen, DK; Wolf, JA; Vernekar, VN; Vukasinovic, J; LaPlaca, MC (2011). "Ingeniería de tejidos neuronales y microsistemas biohibridados para la investigación neurobiológica in vitro (Parte 1)". Crit Rev Biomed Eng . 39 (3): 201–40. doi :10.1615/critrevbiomedeng.v39.i3.30. PMID  21967303.
• Durand, DM (2007). "Ingeniería neuronal: una nueva disciplina para analizar e interactuar con el sistema nervioso". Methods Inf Med . 46 (2): 142–6. doi :10.1055/s-0038-1625395. PMID  17347744. S2CID  19213196.
• Irons, Hillary R; Cullen, D Kacy; Shapiro, Nicholas P; Lambert, Nevin A; Lee, Robert H; LaPlaca, Michelle C (28 de agosto de 2008). "Constructos neuronales tridimensionales: una nueva plataforma para la investigación neurofisiológica". Journal of Neural Engineering . 5 (3): 333–341. Bibcode :2008JNEng...5..333I. doi :10.1088/1741-2560/5/3/006. ISSN  1741-2560. PMID  18756031. S2CID  17476077.
• Serruya, Mijail D.; Lega, Bradley C.; Zaghloul, Kareem (2011). "Interfaces cerebro-máquina: desafíos y limitaciones electrofisiológicas". Critical Reviews in Biomedical Engineering . 39 (1): 5–28. doi :10.1615/critrevbiomedeng.v39.i1.20. ISSN  0278-940X. PMID  21488812. S2CID  5712065.
• DiLorenzo, Daniel (2008). Neuroingeniería (en holandés). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-8493-8174-4.
• Neuromodulación operatoria: Volumen 1: Cirugía neuroprotésica funcional. Una introducción (2007) ISBN 978-3-211-33078-4 
• Estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson (2007) ISBN 978-0-8493-7019-9 
• Manual de neurocirugía estereotáctica y funcional (2003) ISBN 978-0-8247-0720-0 
• Prótesis neurales: estudios fundamentales (1990) ISBN 978-0-13-615444-0 
• Manual IEEE de ingeniería neuronal (2007) ISBN 978-0-470-05669-1 
• Fundamentos de neurofisiología celular (1995) ISBN 978-0-262-10053-3 
• Taylor, PN; Thomas, J.; Sinha, N.; Dauwels, J.; Kaiser, M.; Thesen, T.; Ruths, J. (2015). "Reducción óptima de las crisis epilépticas basada en el control mediante la conectividad derivada del paciente". Frontiers in Neuroscience . 9 : 202. doi : 10.3389/fnins.2015.00202 . PMC  4453481 . PMID  26089775.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Neuroingeniería .

• Transacciones IEEE sobre ingeniería biomédica
• Transacciones IEEE sobre sistemas neuronales e ingeniería de rehabilitación
• Revista de ingeniería neuronal
• Revista JNER de neuroingeniería y rehabilitación
• Revista de neurofisiología Archivado el 23 de noviembre de 2017 en Wayback Machine.