ISSN 2773-7705
Periodo. Enero – Junio 2023
Vol.8, Nro.1, Publicado: 2023-06-30
https://revistas.itsup.edu.ec/index.php/Higia
Implante de electrodos en el cerebro para recuperar
la movilidad y la comunicación tras una parálisis
cerebral severa
Implantation of electrodes in the brain to recover mobility and
communication after severe cerebral palsy
Magensy Lema.est.1
Michelle Loja.est.2
Mario Muñoz.est.3
Claudia Clavijo. Dra.4
1Universidad Católica de Cuenca, Email: magensylema27@gmail.com, Código Orcid:
https://orcid.org/0000-0003-4361-6254
2Universidad Católica de Cuenca, michiverdugo3012@hotmail.com, Código Orcid:
https://orcid.org/0000-0003-4354-9864
3Universidad Católica de Cuenca, memunoz10@hotmail.com, Código Orcid:
https://orcid.org/0000-0001-8690-3494
4Universidad Católica de Cuenca, claudia.clavijo@ucacue.edu.ec, Código Orcid:
https://orcid.org/0000-0002-8426-0904
Contacto: magensylema27@gmail.com
Recibido: 07-12-2022 Aprobado: 09-05-2023
Resumen
Introducción: la parálisis cerebral no se
considera una trastorno degenerativo, ya
que esta no disminuye ni incrementa, es
decir, se mantiene en el estado que se
presenta la patología, para intentar revertir
las anomalías motoras que presenta una
persona se ha implementado un método
quirúrgico el cual consiste en el implante
de electrodos los mismos que son capaces
de revertir cierta parálisis, generando una
actividad motora y a la vez permiten que el
paciente pueda comunicarse, todo esto
gracias a los estímulos que proporcionan
los implantes de microelectrodos.
Objetivo: conocer cuál es la función de los
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electrodos luego de su implante en el
cerebro ante una parálisis severa.
Métodos: se realizó una búsqueda de
artículos en las principales bases de datos
científicas tales como Pubmed, Scopus,
Web of Science, ScienceDirect, con la
implementación de operadores booleanos
para lograr una búsqueda específica sobre
el tema central. Resultados: se identificó
como se realiza el procedimiento
quirúrgico para llevar a cabo el implante
de electrodos en el cerebro, así también se
conoció las funciones que estos van a tener
en la corteza motora y el desempeño que
desarrollan en el SNC. Conclusión: los
implantes cerebrales nos ayudan a ver los
avances que mantiene la tecnología en el
ámbito de la medicina, sin embargo, los
métodos utilizados para recuperar la
movilidad de una persona suelen ser
invasivos, a pesar de ello esto demuestra
una esperanza para quienes padecen de
una parálisis cerebral.
Palabras clave: Parálisis, Electrodos,
Movilidad, Comunicación, Avances
Invasivos
Abstract
Introduction: cerebral palsy is not
considered a degenerative disorder, since
it does not decrease or increase, that is, it
remains in the state that the pathology
presents, to try to reverse the motor
abnormalities that a person presents, a
surgical method has been implemented.
which consists of implanting electrodes,
which are capable of reversing certain
paralysis, generating motor activity and at
the same time allowing the patient to
communicate, all thanks to the stimuli
provided by microelectrode implants.
Objective: to know the function of the
electrodes after their implantation in the
brain in the event of severe paralysis.
Methods: a search of articles was carried
out in the main scientific databases such as
Pubmed, Scopus, Web of Science,
ScienceDirect, with the implementation of
Boolean operators to achieve a specific
search on the central theme. Results: it was
identified how the surgical procedure is
carried out to carry out the implantation of
electrodes in the brain, as well as the
functions that these will have in the motor
cortex and the performance that they
develop in the SNC. Conclusion: brain
implants help us to see the advances that
technology maintains in the field of
medicine, however, the methods used to
recover the mobility of a person are
usually invasive, despite this, this shows
hope for those who suffer from it. of
cerebral palsy.
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Keywords: Paralysis, Electrodes,
Mobility, Comunication, Progess Invasive
Introducción
La parálisis es una patología que se
presenta en niños y adultos, generando un
desequilibrio en la motricidad del cuerpo
deteriorando diversas funciones como el
movimiento y comunicación siendo estas
la más afectadas. La presente revisión
bibliográfica tiene como finalidad dar a
conocer cómo se realiza el implante de
electrodos en el cerebro mediante una
cirugía, dicho procedimiento se lleva a
cabo con el paciente sumergido en
anestesia superficial, con el propósito de
conocer los estímulos eléctricos que tiene
el paciente luego de realizado el implante,
además de ello es necesario fijar una zona
específica en donde serán puestos los
electrodos para lograr cubrir la zona
motora del cerebro.
Los microelectrodos conectados al cerebro
son capaces de realizar interconexiones
neuronales permitiendo el envío de
información a los implantes realizados en
donde se podrá apreciar el inicio de una
acción motora, al igual que lograr
mantener un cierto grado de conversación
gracias a la inteligencia artificial que
proporcionan los electrodos. Es
importante señalar que en presencia de una
parálisis severa o moderada existirá
afección en el tono muscular y postura del
paciente, provocando movimientos
involuntarios, para revertir estas
afecciones el BCI a implantado el
dispositivo interfaz cerebro-computador el
mismo que pretende ser de gran utilidad
para el mundo médico, siendo aquí donde
se pueda observar las modulaciones
neuronales dadas por los electrodos.
Métodos
Para la siguiente revisión bibliográfica se
realizó una búsqueda de artículos en las
principales bases de datos, tales como
Scopus, ScienceDirect, Pubmed, Web of
Science, con la utilización de palabras
tales como parálisis, electrodos, implantes.
También se consideraron operadores
booleanos como “NOT”, “OR”, “AND”
con la finalidad de obtener una búsqueda
más específica sobre el tema a tratar
combinando las palabras “electrodos OR
implantes cerebrales”.
Además de ello se tomaron en cuenta los
criterios de exclusión e inclusión, siendo
aquí donde se pudo seleccionar los
artículos de utilidad para el presente
trabajo, el principal criterio tomado en
cuenta fue el año de publicación, el mismo
que debería encontrarse dentro de los
últimos 5 años, es decir, desde el 1 de
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enero del 2018 al 30 de diciembre del
2022, ya que es el rango de tiempo donde
se encuentran documentos con
información actual sobre el tema tratado.
Resultados
Parálisis se define como una discapacidad
motora, la misma que genera un
desequilibrio irreversible y con gran
persistencia en la vida del paciente,
generalmente afecta el movimiento, habla,
postura y tono de la persona, no es
considerada como un trastorno
degenerativo; es decir, no disminuye o
incrementa. También llega afectar
funciones como el razonamiento y
memoria, la lesión cerebral puede darse
después o durante el nacimiento,
existiendo un daño en la corteza motora
del cerebro (1)(2).
Implante de electrodos / BCI
Los implantes de electrodos en el cerebro
son una manera quirúrgica en la cual el
encéfalo tendrá como finalidad interpretar
señales eléctricas que son dadas por la
sinapsis existente en las neuronas, con la
finalidad de que se dé una conexión
neuronal directa. Para realizar el implante
de estos electrodos se debe realizar una
tomografía antes de la cirugía, con la
finalidad de obtener un plano milimétrico
para poder determinar los marcadores
exactos donde se realizará el implante (3).
Luego de esto también se lleva a cabo una
resonancia cerebral, con el fin de observar
correctamente la anatomía de nuestro
paciente, estos procesos permitirán que los
electrodos cerebrales mantengan una
adecuada trayectoria la misma que será
observada en el software de planeación
estereotáctica de gran exactitud, tras ver el
punto de entrada en el cerebro se hallarán
los puntos quirúrgicos bilaterales. La
entrada de los electrodos cerebrales debe
ser específicos para la zona pre coronal,
esto para lograr cubrir el área motora del
cerebro (3).
Para este implante se toma en cuenta el
arco estereotaxia RIECHERT-
MUNDINGER, el cual sirve como guía
para ubicar los electrodos cerebrales en el
blanco quirúrgico considerado
previamente, se realiza una pequeña
incisión en la piel con el fin de introducir
entre 5 o 3 microelectrodos,
posicionándose 10mm antes de ubicarse a
la zona cerebral seleccionada, esto previo
realizar pequeños agujeros de trépano
bifrontales. Este procedimiento se lleva a
cabo con el paciente despierto
manteniéndolo en una sedación moderada
o superficial, con el objetivo de poder
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encontrar el punto específico del blanco
seleccionado, ya que de esta manera se
puede detectar la actividad eléctrica que
mantiene el paciente, esto mediante el
software de micro registro que permite
conocer la posición y el desempeño que
realizan los electrodos (3).
Luego de que se hayan posicionado
adecuadamente los electrodos se realiza
una estimulación eléctrica para determinar
la reacción del paciente, si los efectos
obtenidos son positivos los electrodos son
fijados al cráneo y a sus terminales distales
del punto de entrada inicial, esto para
reducir la posibilidad de tener efectos
adversos.
Posteriormente en la porción distal
extracraneal los dispositivos implantados
son conectados a un generador de pulso
bicameral con el fin de restaurar y
potenciar las reacciones que mantiene el
SNC. La BCI mantiene el registro de esta
actividad dada por los electrodos para
conocer la respuesta que genera la corteza
motora, teniendo como objetivo principal
conocer los trastornos que intervienen en
la afección de la movilidad del cuerpo.
Tipos de BCI
Los tipos de interfaces entre el cerebro y
computadoras van a depender del tipo de
electrodos:
Interfaz Invasiva: aquí se recepta
información rápida a través de las señales
que contienen una relación directa con el
ruido, debido a que los electrodos se
encuentran directamente en el cerebro,
para lograrlo se necesita una cirugía previa
de implante, para registrar la información
intracraneal del paciente.
Interfaz no invasiva: aquí se lleva a cabo la
utilización de electrodos registrados en un
electroencefalograma, midiendo la
actividad cerebral sin necesidad de
introducirse en la corteza.
Interfaces semi-invasivas: los electrodos
son implantados en la superficie del
cerebro por medio de cirugía, manteniendo
señales débiles que no permiten extraer
información concreta sobre la actividad
cerebral.
Para que se dé un adecuado
funcionamiento del BCI se necesita
conocer como este se encuentra
conformado (Tabla 1).
Partes de los Bci
Sensor
Motor
Aplicación
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Permite registrar la
actividad que realiza el
cerebro tras un implante
de electrodos
Favorece al procesar la señal
y la decodifica para lograr
entender lo que el paciente
desea expresar
Esta indica la interacción
que mantiene la persona con
el entorno (4).
Tabla 1: Partes que conforman un BCI
Como los electrodos ayudan en la
comunicación
Según un estudio publicado en Nature el
martes 22 de marzo del 2022 revela que un
grupo de científicos han conseguido que
un paciente con un estado de parálisis total
e incapaz de conversar logre volver a
comunicarse gracias a un sistema de
inteligencia artificial, es decir se trata de
un dispositivo interfaz cerebro-
computador BCI de retroalimentación
auditiva el mismo que consiste en dos
dispositivos de microelectrodos que
fueron implantados de manera
intracortical en la corteza motora del
paciente, ya que esa área del cerebro es la
que controla los movimientos (5).
Se trata de unos dispositivos muy
pequeños de aproximadamente 3 mm cada
uno con 64 agujas que son los electrodos,
los mismos que envían las señales a un
ordenador que gracias a Machine Learning
lo que hace es interpretar esas señales
cerebrales entre “sí” o “no”, es decir el
instrumento de inteligencia artificial
"mapea" las señales para proporcionarles
un significado de "sí o no", y para
interpretar lo que los pacientes pretenden
comunicar, de modo que el programa de
ortografía emite las letras del alfabeto en
voz alta, es decir se le va diciendo cada
letra y observando las reacciones
cerebrales se puede determinar que letra
quiere decir el paciente, de manera que es
un proceso complejo que tarda
aproximadamente un minuto por cada letra
que se quiere transmitir, pero permite que
esta persona se pueda comunicar.
Sin embargo, se conoce que al implantar
un dispositivo directamente en el cerebro
sufre algún riesgo de sangrado, pero este
está diseñado para reducirlo con
microfilamentos muy pequeños, en grupos
pequeños de neuronas instauradas con una
pequeña aguja, asimismo como cada cable
se implanta de forma individual, el robot
no permitirá que exista algún tipo de daño
en los vasos sanguíneos de la superficie del
cerebro.
De manera que gracias a la neurocirugía se
instalan implantes en el cerebro
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capacitados para conectar miles de
neuronas, registrando así su actividad. A
continuación, la información alcanzada de
las neuronas y su actividad se demuestra
en tiempo real mediante un proceso digital.
Esta interpretación permite enviar nuevos
datos al implante, que a su vez envía
señales eléctricas para estimular algunas
neuronas previamente identificadas. Estos
estímulos del implante permiten que el
cerebro inicie una acción motora con la
capacidad de controlar una máquina,
computadora o incluso un dispositivo
móvil.
Es importante destacar, que perennemente
existen riesgos asociados con la anestesia
general, pero con este nuevo implante se
tiene la esperanza de disminuir el tiempo
de cirugía o incluso eliminar
completamente el uso de la anestesia, es
decir se pretende utilizar un robot
neuroquirúrgico, el mismo que será el
responsable de la inserción precisa y eficaz
de electrodos a través de pequeños
orificios en el cráneo con un diámetro
aproximado de hasta 23 milímetros. Al
combinar este procedimiento con diversos
avances en cirugía robótica, puede existir
la posibilidad de eliminar la anestesia e
instaurar el dispositivo bajo sedación
sensata. De tal forma que, el uso de estos
implantes cerebrales podría ayudar a
pacientes con algún grado de parálisis
cerebral a recobrar cierta independencia
motriz e incluso la capacidad de hablar y
así poder comunicarse, sin embargo, a
medida que va avanzando la tecnología, se
manifiestan nuevas vías de comunicación
cerebral, lo que va a permitir el acceso a un
campo más desarrollado de información
neuronal (6).
Como los BCI ayudan en la movilidad
El movimiento es controlado por el
cerebro, pero para que este surja se debe
llevar a cabo una planificación y
coordinación; las partes que actúan en el
movimiento son la corteza frontal y
posterior de asociación, la cuál es la que
planifica y ayuda a la percepción del
movimiento, otra parte es la corteza
motora, esta envía la información para que
se produzca la acción, además controla el
músculo, fuerza y trayectoria del
movimiento; mientras que la corteza
premotora interviene en cómo se realiza
los movimientos, finalmente la área
motora suplementaria prepara, inicia y
vigila los movimientos (7).
Sin embrago, la parálisis afecta estos
movimientos, además del tono muscular y
de la postura de la persona, es por ello que
quien padezca esta patología sufre un daño
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en el cerebro, causando un deterioro en los
movimientos relacionados con reflejos o la
espasticidad tanto de las extremidades
como del tronco, generando en sí posturas
inusuales, marcha inestable, movimientos
involuntarios, desequilibrio muscular,
rigidez muscular y algunas veces no existe
ningún tipo de movimiento.
El sistema de BCI convierte la modulación
voluntaria de la actividad eléctrica
neuronal en información útil para
diferentes aplicaciones como de
comunicación y de control, esto es
conocido como señales de control y
pueden ser exógeno o endógeno, el
primero o denominado también reactivo
requiere de un estímulo externo para que
el cerebro pueda generar respuestas
naturales; mientras que el BCI endógeno o
también denominado activo se
fundamentan en la autorregulación de la
acción cerebral, es decir, no dependen de
un estímulo externo, dentro de este tipo
existen las imágenes motoras (MI-BCI)
que ocupan señales de control tipo SMR,
que se originan en la imaginación del
movimiento, generando potenciales ERD
y ERS; de manera que este requiere una
retroalimentación de imaginación motora,
esto con la finalidad de que la persona
aprenda a modular voluntariamente sus
ritmos y potenciales cerebrales (7).
En la retroalimentación se deben estimular
las áreas corticales del movimiento con
métodos de observación de la acción y de
sensación, es decir, la imaginación motora
es requerida de manera virtual, para que el
paciente pueda observar, de manera que
estimula las neuronas espejo, generando
una sensación de control motor sobre las
acciones que genera la persona (7). Es por
ello que esta interfaz cerebro computador
consiente en la conexión entre el cerebro
de una persona y un computador, pero
dicha actividad eléctrica cerebral no
requiere de una actividad motora como tal,
ya que este sistema convierte esta
actividad cerebral en comandos de control,
de forma que procesa las características de
interés para poder interaccionar con el
entorno que el paciente dese (8).
Sin embargo, estos movimientos
imaginarios (MI) o imaginación motora se
trata de llevar a cabo un proceso mental de
un movimiento de alguna parte del cuerpo,
pero sin llevar a cabo un movimiento físico
propiamente dicho. Es decir, los
movimientos producidos por la corteza
motora primaria (M1) en los 2 hemisferios
los soporta el área premotora (PMA) lo
que hace la realización de las imágenes
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motoras sean posibles, por lo tanto, es acto
imaginado de un movimiento motor, pero
sin generar un movimiento muscular, lo
que induce a activar el área motora
suplementaria (SMA) para generar una
actividad motora (7)(9).
Dentro de los MI existen dos tipos: los
visuales, estos consisten en visualizar el
movimiento a realizar, ya sea de manera
interna o externa; mientras que el otro tipo
son los kinestésicos que se trata de
imaginar la sensación de realizar el
movimiento y son internos.
Los movimientos reales (MR) con los
imaginarios guardan relación, ya que las
mismas áreas se activan en el M1, SMA y
PMA; además los patrones de señales
presentan la misma forma, pero no la
misma amplitud, ya que los MI son más
lentos y de menor amplitud a comparación
de los MR, ya que los imaginarios
presentan mayor dificultad, pero con
ejercicios esta amplitud puede mejorarse o
superar; sin embargo, los MI son los
únicos que pueden activar ambos
hemisferios a comparación que los MR
solo activan el hemisferios contralateral,
además los MI también generar en el
paciente la sensación de mover su cuerpo
lo que les produce gran satisfacción (10).
Recuperación de funciones motrices
Actualmente una de las técnicas para
recuperar el funcionamiento parcial de una
extremidad es con estimulación eléctrica
muscular directa, esto se debe a la
comunicación entre los implantes
cerebrales ubicados en el control motriz
del cerebro con un estimulador eléctrico en
la piel de la extremidad, de manera que así
se puede contraer los músculos generando
una acción en específico, la más estudiada
la de cerrar el puño o de agarre. Sin
embargo, caminar es una acción más
compleja, por lo que necesita más
contracciones musculares, pero
Capogrosso desarrollaron una interfaz
cerebro espinal, en donde se envían
información desde la corteza motora a un
receptor ubicado en la zona lumbar,
generando una estimulación eléctrica
espinal, pero este estudio se realizó en el
año 2016 en macacos, pero sigue en
estudio, de manera que la finalidad de este
invento es que las personas con parálisis en
un futuro vuelvan a tener movilidad (11).
Neuro prótesis
El BCI actualmente es utilizado con fines
médicos, como en el uso de prótesis o
sensores, una de las funciones es obtener
señales del cerebro y convertirlas en
ordenes que el BCI controle, uno de los
logros de la medicina en la actualidad es
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que este dispositivo logre un movimiento
de las extremidades, es por lo que este
sistema requiere un correcto
procesamiento de señales cerebrales y un
sistema que las analice de forma correcta y
con los mínimos errores menos (12). Por
lo tanto, restituir el movimiento es posible
utilizando neuro prótesis ordenadas por
simulaciones eléctricas (FES), esto
compensa la pérdida de MR generando
contracciones musculares artificiales por
medio de impulsos eléctricos (13).
Las neuro prótesis se fundamentan en
utilizar el BCI para controlar el
movimiento tanto de una extremidad con
órtesis como de una prótesis, todo esto con
la finalidad de restaurar la movilidad en
diferentes pacientes, en otros casos como
amputaciones o tetrapléjicos se ocupa este
sistema con brazos robóticos para generar
el movimiento, mientras que en la parálisis
utiliza ritmos sensoriales motores para
controlar la FES, se ubican en los
músculos de la manos, con el fin de
restaurar la función motora y generar el
movimiento de pinza en la mano.
De manera que el sistema BCI-FES
presenta una reorganización neuronal
combinada con un aprendizaje de
movimiento, lo cual impulsa a una
recuperación funcional y motricidad del
cerebro, ya que cuando se da un MI , se
observa en un electro encefalograma
(EEG) señales sobre el área que se desea
mover, todo esto permite una
sincronización entre el propósito y la
activación de los músculos, además este
sistema se aplica de la misma manera para
las prótesis y neuro prótesis, que tienen la
finalidad de reactivar la función motora
del paciente (14).
Discusión
De acuerdo al objetivo planteado en este
trabajo se seleccionaron los artículos que
fueron de utilidad para la realización de
este artículo, en el que los autores
Mercedes y Cuestas concuerdan con la
Confederación ASPACE en que la
parálisis es un trastorno que involucra un
daño a nivel de la postura, del tomo
muscular, marcha, comunicación y
movimiento de la persona, también
teniendo en cuenta que se encuentra
afectado el cerebro específicamente el
corteza motora y premotora.
Según Morales, Bustos y colaboradores,
Gil, Bullón expresan que los BCI es una
interfaz cerebro computadora, que permite
en algunas ocasiones generar señales
cerebrales, mismas que pueden ser
observadas en un EEG, dichas señales son
procesadas y transformadas en control; de
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manera que este invento se ha convertido
una gran hazaña para la medicina, ya que
es útil para devolver la comunicación y el
movimiento en pacientes con daños en su
motricidad o comunicación.
Sin embargo, el autor Gil resalta sobre los
tipos de BCI, dentro de los que consta los
sistemas invasivos, no invasivos y semi
invasivos; mientras que Morales y Física
describen los tipos de control del BCI, los
cuales incluyes los sistemas exógenos que
requieren un estímulo externo y los
endógenos no lo necesitan, pero si deben
ser entrenados.
En cuanto a la comunicación y la relación
con los electrodos, León y Diestro
mencionan que es comunicación es posible
de acuerdo al sistema de BCI de ortografía,
de manera que una persona con parálisis
puede deletrear, ya que existen casos en
que ya pueden deletrear, debido a que el
BCI presentan letras que son reconocidas
por el paciente de forma visual, de manera
que por medio de un altavoz la persona
puede comunicarse.
Mientras que los BCI relacionados con la
movilidad, la mayoría de autores como
Temperini, Volpi, Alvarado, Escobar y
colaboradores concuerdan que la
recuperación de la función motora es
posible a través de las MI, que si bien no
existe un MR por medio de los músculos o
las extremidades, si existe a nivel del
cerebro, pero el MI puede ser tan real que
genera la misma sensación y satisfacción
que haber realizado uno real; sin embargo
en el artículo de Temperini y Volpi, se
pudo analizar que también este sistema
puede ayudar a generar un MR a través de
neuro prótesis o de prótesis robóticas con
la finalidad de generar un movimiento, en
el cual actualmente se ha logrado con el
primero un agarre o el movimiento de
pinza en la mano de una persona con
deficiencia en su motricidad, mientras que
Capogrosso este sistema lo realizó en
macacos pero implanto estas interfaces a
nivel de la medula, todo esto con la
finalidad que este primate camine,
haciendo este posible, pero actualmente
esto todavía no se ha observado en
humanos. Pero si dejando en claro que los
BCI o los implantes de electrodos se han
vuelto una alianza con la medicina, para
generar una mejorar calidad de vida para
personas con patologías como parálisis o
tetraplejias.
Conclusión
En conclusión, quienes nos abren las
puertas a un mejor futuro para las BCI son
los nuevos avances en la tecnología de
implantes cerebrales y también la terapia
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de estimulación cerebral directa. A pesar
de ello, aún se presentan obstáculos muy
notables, siendo el más significativo su
carácter invasivo. Con respecto a su
aplicación clínica, esta tecnología es más
concreta y eficaz. Dicho esto, las
posibilidades que existen no tienen
comparación alguna con las metodologías
no invasivas, asimismo, es más posible
que lleguen al público de manera
cotidiana. Finalmente, se está
pretendiendo minimizar el riesgo de
realizar el proceso de inserción del IC, lo
que presume ser un reto para los próximos
años; de modo que todos estos progresos
han devuelto la esperanza a numerosas
personas de sanar enfermedades que en
varios casos tienen mal pronóstico.
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Vol.8, Nro.1, Publicado: 2023-06-30
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