De pequeño Guillermo Herrera-Arcos tenía un plan claro: dominar la cancha de la colonia Unidad Magisterial, en Xalapa. "Lo único en lo que pensaba era en futbol, hacer deporte y jugar", recuerda.
Crecer cerca del Museo de Antropología, en una ciudad que él describe como "muy cultural y académica", no parecía augurar nada distinto a lo que sueña cualquier niño veracruzano con un balón entre los pies.
Treinta años después, Guillermo no solo es parte del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), sino que además, lidera diversas investigaciones en uno de los centros de innovación más influyentes del mundo con una pregunta precisa. ¿Cómo lograr que el cuerpo humano y una máquina se vuelvan, para el cerebro, indistinguibles?
Su respuesta, todavía en construcción, pasa por un elemento improbable: la luz.
Entre Veracruz y Cambridge, una carta de presentación llamada perseverancia
Hoy, Herrera-Arcos es uno de los 84 estudiantes en el MIT, una línea que se escribe más fácilmente de lo que se alcanza, pues su trayectoria no fue un salto, sino una cadena de pequeñas revelaciones.
Su facilidad para las matemáticas, la curiosidad por entender cómo funcionan las cosas y el entorno de sus padres —una maestra de preescolar y un ingeniero en automatización y control— lo redireccionaron, del futbol hacia la ingeniería.
En el Tecnológico de Monterrey se especializó en biomecatrónica y neurociencias, una disciplina que vive en el cruce entre la robótica y el cuerpo humano. Ahí desarrolló su primer proyecto serio: Interfaz Hombre-Máquina, una investigación que explora cómo los exoesqueletos pueden anticiparse al movimiento.
La idea era ambiciosa: detectar la intención de, por ejemplo, abrir una mano antes de que el músculo se mueva para que una prótesis reaccione con la fluidez de un miembro propio, no con el retraso torpe de un dispositivo externo.
Esa investigación fue, también, su carta de presentación para llegar al mundo de la tecnología avanzada del MIT .
El hombre con piernas de laboratorio
Hay científicos que abordan un problema desde la observación, y hay quienes lo viven. Hugh Herr, también conocido como “El líder de la Era Biónica”, y uno de los ingenieros más reconocidos del MIT, es parte del segundo tipo. Cuando Guillermo lo conoció antes de entrar al doctorado, no necesitó que dijera una sola palabra para entender la magnitud de su trabajo.
En 1982, a los 17 años, Herr perdió ambas piernas durante una expedición de alpinismo en New Hampshire. En lugar de alejarse de las montañas regresó a la aventura a través de la ciencia, desarrollando prótesis y herramientas altamente tecnológicas creadas en su laboratorio, siendo la prueba viva de que la máquina puede potenciar al cuerpo.
“Es un caso muy raro, porque, literal, al pararse y verlo estás observando cómo es su trabajo”, comenta Herrera-Arcos. “Las prótesis robóticas salieron de su laboratorio y son parte de su investigación. Sin que te diga una sola palabra puedes ver todo el trabajo que ha hecho para tener las piernas más avanzadas del mundo”.
Prótesis, la respuesta temporal de un problema ignorado
La historia de Hugh y el trabajo en el laboratorio MIT Media Lab, marcó un punto de inflexión en la carrera de Guillermo, pero para seguir adelante primero debía entender cómo se aborda la amputación y qué ocurre cuando alguien pierde una parte del cuerpo.
Cuando se realiza una amputación, los nervios que conectaban la extremidad con el cerebro quedan seccionados, rompiendo el sistema de comunicación entre el cuerpo y la mente.
El cerebro no olvida lo que perdió, lo sigue buscando a pesar de que no haya señales que procesar. El rastreo fallido tiene consecuencias: dolor del miembro fantasma, pérdida del equilibrio, alteraciones en la autopercepción y una dificultad profunda para adaptarse a una prótesis que el sistema nervioso nunca llega a reconocer como propia.
La mayoría de prótesis actuales son funcionales, capaces de otorgar un rango de movilidad, pero no basta porque siguen siendo biológicamente ajenas. El paciente las usa, sin hacerlas propiamente suyas, según la investigación Mechanoneural interfaces for bionic integration, donde Guillermo participa.
En un artículo personal en Medium, Herrera-Arcos argumenta que los esfuerzos actuales se han concentrado en mejorar el hardware —que son los dispositivos mecánicos—, mientras que del otro lado de la ecuación todavía hay una brecha en el entendimiento de la relación cuerpo y tecnología.
“Si bien es evidente que un alto grado de integración biónica requiere avances tecnológicos tanto en el ámbito mecatrónico como en el biológico, la investigación de este último ha sido relativamente descuidada por la comunidad científica en general”, detalla.
Jugar con luz: experimentos de optogenética para revolucionar las prótesis
El trabajo de Guillermo en el MIT Media Lab se mueve en dos frentes simultáneos: por un lado, el desarrollo de hardware para robots y dispositivos médicos de rehabilitación, y por el otro, la comprensión de los sistemas biológicos —cómo el cerebro crece, se adapta y responde ante condiciones extremas como la pérdida de una extremidad— para mejorar su interacción con tecnología.
En este último frente aparece la luz.
“Estábamos completamente en shock”, recuerda al hablar de uno de los hallazgos más destacados de su investigación reciente. El objetivo principal era, a grandes rasgos, controlar músculos de manera precisa a partir de luz.
No solo lo logró, sino que además demostró una eficiencia insospechada: los movimientos eran mucho más naturales y ocasionaron poca fatiga, superando el principal obstáculo de las técnicas actuales que utilizan electricidad.
Para llegar al resultado Guillermo tuvo que pasar meses entre ratones de laboratorio. El experimento, en esencia, implicó insertar material genético de algas en el cuerpo de los roedores con el fin de crear receptores internos que permitieran comandar la movilidad, en un proceso conocido como optogenética.
Como la mayoría de los mamíferos —incluido el humano—, más allá de sus ojos, los animales no contaban con células fotosensibles en el resto de su cuerpo. Al menos así fue hasta la intervención en su ADN.
El equipo utilizó un virus para transportar instrucciones, enseñando a las neuronas a “cultivar” su propia red de membranas sensibles a la radiación.
Como si sembraran un jardín microscópico, el ingeniero y su equipo dedicaron horas en microcirugías para la disección de los nervios en los que actuarían las proteínas obedientes a la luz LED.
Luz y cuerpo, entre la eficacia de los resultados y la frontera de la ciencia
El éxito de la investigación fue tajante: la movilidad muscular por luz fue más prolongada y precisa, incluso sobrepasó los límites alcanzados con la electricidad, la cual es capaz de hacer estímulos por no más de 10 minutos.
“Llegamos a demostrar que podíamos controlar el músculo hasta más de 60 minutos sin parar (...) no podíamos creerlo porque todo nuestro modelo nos decía que eso no era posible, pero lo estábamos viendo”, narra Guillermo.
Los resultados fueron publicados en Science Robotics; sin embargo, aún hay cabos sueltos: al cruzar información genética de especies tan distintas es difícil que el sistema inmunológico lo pase por alto.
En los ratones, después de ciertas pruebas se necesita de mayor cantidad de estímulos con luz, en una persona se desconoce cuáles serían las consecuencias. En primera instancia, se interviene el material genético de forma permanente.
“Acá viene toda la parte ética en humanos. Todas estas terapias experimentales siempre es un balance entre cuál es el riesgo y cuál es el beneficio”, explica Herrera.
En el MIT se están diseñando estrategias para convencer al sistema inmune de aceptar el cruce de proteínas, en palabras del tecnólogo, “algunas ya han sido bastante exitosas”. Los resultados aún no han sido publicados y solo se han practicado en animales.
El objetivo más cercano para la luz, al menos con esta técnica, son las terapias para control de músculos en personas con parálisis, el siguiente nivel es la conexión prótesis-cuerpo.
Pese a la dificultad de trabajar con algo tan complejo como el cuerpo humano, la luz y la biología, Herrera es optimista, considera que el trabajo de la ciencia de hoy, es la esperanza de alguien que mañana podría buscar respuestas en la tecnología.
“No simplemente es hacer por saber, -sino también- hacer cosas que tengan aplicación médica y que puedan impactar la vida de las personas”, añade.
Su trabajo aún está lejos de salir a las calles, pero ya desdibuja el límite entre lo artificial y lo biológico, Guillermo aspira a que la extensión de su conocimiento, en algún momento, también sea la extensión de alguien más.
Control muscular con optegenética
LHM