Soon, Your Doctor Could Print a Human Organ on DemandAt a laboratory in North Carolina, scientists are working furiously to create a future in which replacement organs come from a machine

On the second floor of the Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, not far from the elevator bank, is a collection of faded prints depicting great moments in medical history. In one, an ancient Babylonian pharmacist holds aloft a vial of medicine. Another shows the Greek physician Hippocrates tending to a patient in the fifth century B.C. The prints were doled out to doctors half a century ago by the pharmaceutical company Parke-Davis, which touted them as a historical highlight reel. But its not hard to read their presence at Wake Forest, home to perhaps the largest concentration of medical futurists on the planet, as the ultimate in-joke: Can you believe how far weve come?

When I visited the institute, in the old North Carolina tobacco town of Winston-Salem, I passed airy laboratories where white-coated staffers glided back and forth across a tiled floor. On one table, arranged as if for an art exhibit, lay spidery casts of kidney veins, rendered in hues of violet and indigo and cotton candy. Down the hall a machine zapped sporadic electric currents through two sets of muscle tendons, one cut from a rat, the other engineered from biomaterials and cells.

Pronto, su mdico podra imprimir un rgano humano bajo demandaEn un laboratorio en Carolina del Norte, los cientficos estn trabajando furiosamente para crear un futuro en el que los rganos de recambio proceden de una mquinaEn el segundo piso de la Wake Forest Institute de Medicina Regenerativa, no muy lejos de los ascensores, es una coleccin de grabados desteidos representan grandes momentos de la historia clnica. En uno, un antiguo farmacutico babilnica sostiene en alto un frasco de medicina. Otra muestra el mdico griego Hipcrates tendiendo a un paciente en el siglo V antes de Cristo Las impresiones se repartieron a los mdicos hace medio siglo por la compaa farmacutica Parke-Davis, que los promociona como un carrete ms destacado histrica. Pero no es difcil de leer su presencia en Wake Forest, hogar de quizs la mayor concentracin de los futuristas mdicos en el planeta, como lo ltimo en-broma: Puedes creer lo lejos que hemos llegado?Cuando visit el instituto, en el casco antiguo de tabaco de Carolina del Norte de Winston-Salem, pas laboratorios ventiladas donde empleados de bata blanca se deslizaban hacia atrs y adelante a travs de un suelo de baldosas. En una mesa, dispuestos como si de una exposicin de arte, coloque los moldes de araa de las venas renales, prestados en tonos de violeta y ail y algodn de azcar. Al final del pasillo una mquina zapping corrientes elctricas espordicas a travs de dos conjuntos de tendones musculares, un corte de una rata, la otra ingeniera de biomateriales y clulas.A researcher named Young-Joon Seol met me at the door to a room marked Bioprinting. Young-Joon, tousled-haired and wearing plastic-framed eyeglasses, grew up in South Korea and trained in mechanical engineering at a university in Pohang. At Wake Forest, he is part of a group that works with the labs custom-built bioprinters, powerful machines that operate in much the same way as standard 3-D printers: An object is scanned or designed using modeling software. That data is then sent to the printer, which uses syringes to lay down successive coats of matter until a three-dimensional object emerges. Traditional 3-D printers tend to work in plastics or wax. Whats different here, Young-Joon said, nudging his eyeglasses up his nose, is that we have the capability to print something thats alive.He gestured at the machine to his right. It bore a passing resemblance to one of those claw games you find at highway rest stops. The frame was heavy metal, the walls transparent. Inside were six syringes arranged in a row. One held a biocompatible plastic that, when printed, would form the interlocking structure of a scaffoldthe skeleton, essentiallyof a printed human organ or body part. The others could be filled with a gel containing human cells or proteins to promote their growth.As the scaffold is being printed, cells from an intended patient are printed onto, and into, the scaffold; the structure is placed in an incubator; the cells multiply; and in principle the object is implanted onto, or into, the patient. In time, the object becomes as much a part of the patients body as the organs he was born with. Thats the hope, anyway, Young-Joon said.

Un investigador llamado Young-Joon Seol me recibi en la puerta de una habitacin marcada "Bioprinting." Young-Joon, alborotado pelo y el uso de anteojos de plstico de madera, creci en Corea del Sur y entrenado en ingeniera mecnica en una universidad de Pohang. En Wake Forest, que forma parte de un grupo que trabaja con bioprinters hechos a medida, mquinas potentes del laboratorio que funcionan casi de la misma manera que las impresoras estndar 3-D: Un objeto es escaneado o diseado usando el software de modelado. Esos datos se enva a la impresora, que utiliza jeringas establecer capas sucesivas de la materia hasta que un objeto tridimensional emerge. Impresoras tradicionales en 3-D tienden a trabajar en plstico o cera. "Lo que es diferente aqu", dijo Young-Joon, empujando sus gafas en la nariz, "es que tenemos la capacidad de imprimir algo que est vivo."Seal a la mquina a su derecha. Llevaba un parecido con uno de esos juegos de garras que usted encuentra en reposo carretera se detiene. El marco era de metales pesados, las paredes transparentes. Dentro haba seis jeringas dispuestos en una fila. Uno sostena un plstico biocompatible que, al impreso, formaran la estructura entrelazada de un andamio-esqueleto, esencialmente de un rgano humano impreso o parte del cuerpo. Los otros podran estar llenos de un gel que contiene clulas humanas o protenas para promover su crecimiento.Como se est imprimiendo el andamio, las clulas de un paciente con la intencin se imprimen en y en, el andamio; la estructura se coloca en una incubadora; las clulas se multiplican; y, en principio, el objeto se implanta sobre, o en, el paciente. Con el tiempo, el objeto se convierte en una parte tan importante del cuerpo del paciente como los rganos que naci con. "Esa es la esperanza, de todos modos", dijo Young-Joon.

Young-Joon had programmed one of the printers to begin the process of creating the scaffold for a human ear, and the room filled with a comforting electronic thrum broken only by the occasional gasp from the printerthe release of the compressed air that kept it working. Peering through the glass case, I could see the scaffold coming into being by degreessmall, delicate, extremely earlike. Because the process would take hours to complete, Young-Joon handed me a finished version to handle. It was light; it rested on my palm like a butterfly.The external structure of the ear is one of the first structures that the institute at Wake Forest (and other research centers) have tried to master, as a stepping stone toward more complicated ones. Wake Forest staffers have implanted bioprinted skin, ears, bone, and muscle on laboratory animals, where they grew successfully into the surrounding tissue.To evangelists of bioprinting, who are increasingthe number of 3-D printers shipped to medical facilities is expected to double in the next five yearsthe trials are a harbinger of a world that is only now coming into focus: a world where patients order up replacement parts for their body the same way they used to order a replacement carburetor for their Chevy.Think about it like the Dell model, said Anthony Atala, a pediatric urologist and the institutes director, referring to the computer companys famous direct relationship model between consumer and manufacturer. We were sitting in Atalas office on the fourth floor of the research center. Youd have companies that exist to process cells, create constructs, tissue. Your surgeon might take a CT scan and a tissue sample and ship it to that company, he said. A week or so later, an organ would arrive in a sterile container via FedEx, ready for implantation. Presto, change-o: A new piece of meof youmade to order.Young-Joon haba programado una de las impresoras para iniciar el proceso de creacin del andamio para un odo humano, y la habitacin llena de un repiqueteo electrnica reconfortante slo roto por el grito ocasional de la impresora de la liberacin del aire comprimido que lo mantena de trabajo. Mirando a travs de la caja de cristal, pude ver el andamio venir a la existencia por grados-pequeas, delicadas, extremadamente earlike. Debido a que el proceso tardara horas en completarse, Young-Joon me entreg una versin acabada de manejar. Se fue la luz; se apoyaba en mi palma como una mariposa.La estructura externa del odo es una de las primeras estructuras que el instituto en Wake Forest (y otros centros de investigacin) han tratado de dominar, como un trampoln hacia los ms complicados. Wake Forest empleados han implantado piel bioprinted, las orejas, los huesos y los msculos de los animales de laboratorio, donde crecieron con xito en el tejido circundante.Para evangelistas de bioprinting, que se espera en aumento, el nmero de impresoras 3-D enviados a centros mdicos que se duplique en los prximos cinco aos, los ensayos son un presagio de un mundo que slo ahora viene en el foco: un mundo donde los pacientes pedir hasta piezas de recambio para su cuerpo de la misma manera que sola pedir un carburador de reemplazo para su Chevy."Piense en ello como el modelo de Dell", dijo Anthony Atala, un urlogo peditrico y director del instituto, en referencia a la famosa modelo de la relacin de la empresa de informtica "directa" entre el consumidor y el fabricante. Estbamos sentados en la oficina de Atala en el cuarto piso del centro de investigacin. "Tendras empresas que existen para procesar clulas, crear construcciones, tejidos. Su cirujano podra tomar una tomografa computarizada y una muestra de tejido y se lo enviaremos a esa empresa ", dijo. Una semana ms tarde, un rgano llegara en un recipiente estril a travs de FedEx, listo para su implantacin. Presto, cambiar-o: Un nuevo pedazo de m, de que hizo a la orden.Whats interesting is that there are no real surgical challenges, Atala said. There are only the technological hurdles that youve got to overcome to make sure the engineered tissue functions correctly in the first place.Were getting close, with simple organs like skin, the external ear, the tube-like trachea. At the same time, Atala cant help but look to what might come next. At his most sanguine, he likes to envision a vast bioprinting industry capable of cranking out big and complex organs without which the body would fail, like the liver or the kidney. An industry that could make traditional transplantswith their long, often fatal wait times and the ever-present risk of organ rejectioncompletely obsolete.It would be a full-on medical revolution. It would change everything. And if hes right, Wake Forest, with its purring bioprinters and fleshy ears and multicolored veins and arteries could be where it all starts.The idea that a broken piece of ourselves might be replaced with a healthy piece, or a piece from somebody else, stretches back centuries. Cosmas and Damian, patron saints of surgeons, were alleged to have attached the leg of a recently deceased Ethiopian Moor onto a white Roman in the third century A.D., a subject depicted by numerous Renaissance artists. By the 20th century, medicine had at last begun to catch up with the imagination. In 1905 the ophthalmologist Eduard Zirm successfully cut a cornea from an injured 11-year-old boy and emigrated it into the body of a 45-year-old Czech farm laborer whose eyes had been damaged while he was slaking lime. A decade later, Sir Harold Gillies, sometimes called a founding father of plastic surgery, performed skin grafts on British soldiers during World War I.

"Lo interesante es que no hay retos quirrgicos reales", dijo Atala. "No son slo los obstculos tecnolgicos que tienes que superar para asegurarse de que las funciones de ingeniera tisular correctamente en el primer lugar."Nos estamos acercando, con rganos "simples" como la piel, el odo externo, la trquea en forma de tubo. Al mismo tiempo, Atala no puede dejar de mirar a lo que podra ser el prximo. En su ms optimista, le gusta imaginar una vasta industria bioprinting capaz de poner hacia fuera rganos grandes y complejas sin la cual el cuerpo sera fallar, como el hgado o el rin. Una industria que podra hacer que los trasplantes tradicionales con sus largos tiempos de espera a menudo fatales y el siempre presente riesgo de rechazo de rganos-completamente obsoleto.Sera una completa revolucin mdica. Cambiara todo. Y si tiene razn, Wake Forest, con sus bioprinters ronroneo y orejas carnosas y las venas y arterias multicolores podra ser donde todo comienza.La idea de que una pieza rota de nosotros mismos podra ser sustituida por una pieza sana, o un trozo de otra persona, se remonta siglos. Cosme y Damin, santos patronos de los cirujanos, fueron acusados de haber conectado la pierna de un moro etope recientemente fallecido en un romano blanco en el siglo III dC, un tema representado por numerosos artistas del Renacimiento. En el siglo 20, la medicina haba por fin comenzado a ponerse al da con la imaginacin. En 1905 el oftalmlogo Eduard Zirm cortar con xito una crnea de un nio de 11 aos de edad, heridos y emigr en el cuerpo de un 45-aos de edad, trabajador agrcola Checa cuyos ojos haban sido daado mientras estaba apagado de la cal. Una dcada ms tarde, Sir Harold Gillies, a veces llamado el padre fundador de la ciruga plstica, realiz injertos de piel de los soldados britnicos durante la Primera Guerra Mundial.

But the first successful transplant of a major organan organ vital to human functiondidnt happen until 1954, when Ronald Herrick, a 23-year-old from Massachusetts, donated one of his healthy kidneys to his twin brother, Richard, who was suffering from chronic nephritis. Because the identical Herrick twins shared the same DNA, Joseph Murray, a surgeon at Peter Bent Brigham Hospital (today known as Brigham and Womens), was convinced hed found an end-run around the problem of organ rejection.In his autobiography, Surgery of the Soul, Murray recalled the moment of triumph. There was a collective hush in the operating room as we gently removed the clamps from the vessels newly attached to the donor kidney. As blood flow was restored, Richards new kidney began to become engorged and turn pink, he wrote. There were grins all around. With the Herricks, Murray had proved an essential point about our biological myopia, an insight that drives so much of todays cutting-edge bioengineering: There is no substitute for using a patients own genetic material.As surgical science improved along with the immunosuppressive treatments that allowed patients to accept foreign organs, what once seemed all but out-of-reach became reality. The first successful pancreas transplant was performed in 1966, the first heart and liver transplants in 1967. By 1984, Congress had passed the National Organ Transplant Act, which created a national registry for organ matching and sought to ensure that donor organs were being fairly distributed. In hospitals across the country, doctors broke the news as gently as they couldThe supply simply is not meeting the demand, youll have to hang onand in many cases they watched as patients died waiting for their names to tick to the top of the list. This basic problem has not gone away. According to the U.S. Department of Health & Human Services, 21 people die each day in this country alone waiting for an organ. For me, the demand wasnt an abstract thing, Atala told me recently. It was very real, it was heartbreaking, and it drove me. It drove all of us to find new fixes.

Pero el primer trasplante exitoso de un importante rgano un rgano vital para la funcin-no humano sucedi hasta 1954, cuando Ronald Herrick, un joven de 23 aos de edad de Massachusetts, don uno de sus riones sanos a su hermano gemelo, Richard, quien sufra de nefritis crnica. Debido a que los gemelos idnticos comparten Herrick el mismo ADN, Joseph Murray, un cirujano en el Hospital Brigham de Bent Pedro (hoy conocido como Brigham y de la Mujer), estaba convencido de que haba encontrado un fin-correr el problema del rechazo de rganos.En su autobiografa, Ciruga del Alma, Murray record el momento del triunfo. "Hubo un silencio colectivo en el quirfano como hemos eliminado suavemente las pinzas de los buques de nueva unidos al rin de un donante. Como se restableci el flujo de sangre, rin nuevo de Richard empez a congestionarse y gire rosa ", escribi. ". Haba sonrisas por todas partes" Con la Herricks, Murray haba demostrado ser un punto esencial de nuestra miopa biolgica, una idea que impulsa tanto de vanguardia bioingeniera de hoy: No hay sustituto para el uso propio material gentico de un paciente.Como la ciencia quirrgica mejor junto con los tratamientos inmunosupresores que permitieron a los pacientes a aceptar rganos extranjeros, lo que antes pareca casi fuera de alcance se convirti en realidad. El primer trasplante de pncreas xito se llev a cabo en 1966, los primeros trasplantes de corazn e hgado en 1967. En 1984, el Congreso haba aprobado la Ley Nacional de Trasplantes de rganos, que cre un registro nacional para la adaptacin de los rganos y trat de asegurarse de que los rganos donados se estn distribuyendo bastante . En los hospitales de todo el pas, los mdicos dieron la noticia tan suavemente como podran-El suministro simplemente no est cumpliendo con la demanda, tendr que aguantar, y en muchos casos se vieron como los pacientes murieron a la espera de que sus nombres motiva a la parte superior de la lista. Este problema bsico no ha desaparecido. Segn el Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos, 21 personas mueren cada da en este pas por s solo a la espera de un rgano. "Para m, la demanda no era una cosa abstracta," Atala me dijo recientemente. "Fue muy real, era desgarrador, y me llev. Se llev a todos a encontrar nuevas soluciones ".

Atala, who is 57, is thin and slightly stoop-shouldered, with a shock of brown hair and an easy affabilityhe encourages everyone to call him Tony. Born in Peru and raised in Florida, Atala earned his M.D. and specialized training in urology at the University of Louisville. In 1990, he received a two-year fellowship with the Harvard Medical School. (Today, at Wake Forest, he still blocks off at least one day a week to see patients.) At Harvard he joined a new wave of young scientists who believed one solution to the organ donor shortage might be the creation, in a laboratory, of replacement parts.Among their first big projects was to try to grow a human bladdera relatively big organ, but a hollow one, fairly simple in its function. He used a suturing needle to stitch together a biodegradable scaffold by hand. Later, he took urothelial cells from the bladder and urinary tract of a potential patient and multiplied them in the lab, then he applied the cells to the structure. It was like baking a layer cake, Atala told me. We did it one layer at a time. And once we had all the cells seeded, we then put them back into an incubator, and we let it cook. Within a few weeks, what emerged was a little white orb, not so dissimilar-looking from the real thing.Between 1999 and 2001, after a series of tests on dogs, custom-grown bladders were transplanted into seven young patients suffering from spina bifida, a debilitating disorder that was causing their bladders to fail. In 2006, in a much-heralded paper in the Lancet, Atala announced that, seven years on, the bioengineered bladders were working remarkably well. It was the first time lab-grown organs had been successfully transplanted in humans. This is one small step in our ability to go forward in replacing damaged tissues and organs, Atala said in a press release at the time, echoing the words of Neil Armstrong. It was a representative example of one of Atalas primary gifts. As David Scadden, the director of the Center for Regenerative Medicine at Massachusetts General Hospital and the co-director of the Harvard Stem Cell Institute, told me, Atala has always been a visionary. Hes always been quite bold, and quite effective in his ability to draw attention to the science.Atala, que es de 57 aos, es delgado y ligeramente encorvado de hombros, con una mata de pelo castao y una afabilidad, l fcil anima a todos a llamarlo a Tony. Nacido en Per y criado en Florida, Atala obtuvo su doctorado y formacin especializada en urologa de la Universidad de Louisville. En 1990, recibi una beca de dos aos con la Escuela de Medicina de Harvard. (Hoy en da, en Wake Forest, todava cuadras de al menos un da a la semana para ver a los pacientes.) En Harvard se uni a una nueva ola de jvenes cientficos que crean una solucin a la escasez de donantes de rganos podra ser la creacin, en un laboratorio, de piezas de repuesto.Entre sus primeros grandes proyectos fue tratar de hacer crecer una vejiga humano relativamente rgano grande, pero uno hueco, bastante simple en su funcin. l utiliz una aguja de sutura para coser juntos un andamio biodegradable a mano. Ms tarde, tom clulas uroteliales de la vejiga y el tracto urinario de un paciente potencial y les multiplica en el laboratorio, y luego aplic a las clulas a la estructura. "Fue como hornear un pastel de capas," Atala me dijo. "Lo hicimos una capa a la vez. Y una vez que tenamos todas las clulas sin semillas, que a continuacin, poner de nuevo en una incubadora, y dejar que se cocine. "Dentro de unas semanas, lo que surgi fue un poco orbe blanco, no tan diferente de aspecto de la cosa real.Entre 1999 y 2001, tras una serie de pruebas en perros, vejigas personalizados de cosecha propia se trasplantaron en siete pacientes jvenes que sufren de espina bfida, una enfermedad debilitante que estaba causando sus vejigas fallen. En 2006, en un documento tan anunciada en la revista The Lancet, Atala anunci que siete aos despus, las vejigas bioingeniera estaban trabajando muy bien. Fue la primera vez rganos cultivadas en laboratorio haban sido trasplantados con xito en seres humanos. "Este es un pequeo paso en nuestra capacidad para avanzar en la sustitucin de tejidos y rganos daados", dijo Atala en un comunicado de prensa de la poca, hacindose eco de las palabras de Neil Armstrong. Fue un ejemplo representativo de uno de los regalos principales de Atala. Como David Scadden, el director del Centro de Medicina Regenerativa del Hospital General de Massachusetts y el co-director del Instituto de Clulas Madre de Harvard, me dijo, Atala "siempre ha sido un visionario. l siempre ha sido muy audaz y muy eficaz en su capacidad para llamar la atencin a la ciencia ".Bladders were an important milestone, but they didnt rank particularly high in terms of patient demand. Moreover, the multi-stage approval process required by the U.S. Food and Drug Administration for such procedures can take time. Today the bladders Atala engineered havent yet received approval for widespread use. When youre thinking about regenerative medicine, youve got to be thinking not just about whats possible, but what is needed, Atala told me. Youve got to think, I only have this much time, so whats going to make the greatest possible impact on the most lives?

For Atala, the answer was simple. About eight out of ten patients on a transplant list needs a kidney. According to a recent estimate, they wait an average of four and a half years for a donor, often in serious pain. If Atala really wanted to solve the organ shortage crisis, there was no way around it: Hed have to deal with the kidney.

From its origins in the early 1980s, when it was viewed largely as an industrial tool for building prototypes, 3-D printing has grown into a multibillion-dollar industry, with an ever-widening range of potential applications, from designer shoes to dental crowns to homemade plastic guns. (Today, you can walk into an electronics store and purchase a portable 3-D printer for less than $500.) The first medical researcher to make the leap to living matter was Thomas Boland who, while a professor of bioengineering at Clemson University, in South Carolina, in 2003 filed for a patent on a customized inkjet printer capable of printing human cells in a gel mixture. Soon, researchers like Atala were tinkering with their own versions of the machine.

Vejigas fueron un hito importante, pero no se ocupan especialmente alto en trminos de demanda de los pacientes. Por otra parte, el proceso de aprobacin de varias etapas requerido por la Food and Drug Administration para tales procedimientos puede llevar tiempo. Hoy en da las vejigas Atala ingeniera an no han recibido la aprobacin para su uso generalizado. "Cuando usted est pensando en la medicina regenerativa, tienes que ser no pensar slo de lo que es posible, pero lo que se necesita", me dijo Atala. "Tienes que pensar, 'Slo tengo tanto tiempo, as que lo que va a hacer el mayor impacto posible en la mayora de las vidas?'"

Para Atala, la respuesta era simple. Acerca de ocho de cada diez pacientes en lista de trasplante necesita un rin. Segn una estimacin reciente, esperan un promedio de cuatro aos y medio para un donante, a menudo en el dolor grave. Si Atala realmente quera resolver la crisis de la escasez de rganos, no haba manera de evitarlo: Tendra que lidiar con el rin.Desde sus orgenes en la dcada de 1980, cuando se vieron en gran medida como una herramienta industrial para la construccin de prototipos, la impresin 3-D se ha convertido en una industria multimillonaria, con una gama cada vez ms amplia de aplicaciones potenciales, de los zapatos del diseador de las coronas dentales a las armas de plstico caseros. (Hoy en da, usted puede entrar en una tienda de electrnica y comprar una impresora porttil 3-D por menos de $ 500.) El primer investigador mdico para hacer el salto a la materia viva era Thomas Boland que, mientras que un profesor de bioingeniera de la Universidad de Clemson, en Carolina del Sur, en 2003, present una patente para una impresora de inyeccin de tinta a medida capaz de imprimir clulas humanas en una mezcla de gel. Pronto, los investigadores como Atala se juguetear con sus propias versiones de la mquina.

For Atala, the promise of bioprinting had everything to do with scale. Though hed successfully grown an organ in a lab and transplanted it into a human, the process was incredibly time-intensive, precision was lacking, reproducibility was low, and the possibility of human error omnipresent.At Wake Forest, where Atala became the institutes founding director in 2004, he began experimenting with printing skin, bone, muscle, cartilage and, not least, kidney structures. Within a few years he was confident enough in his progress to show it off. In 2011, Atala gave a TED Talk on the future of bioengineered organs that has since been viewed more than two million times. Wearing pleated khakis and a courtly striped button-down shirt, he spoke of the major health crisis presented by the organ shortage, partly a result of our longer lifespans. He described the medical challenges that innovation and dogged lab work had summarily conquered: devising the best biomaterials for use in scaffolds, learning how to grow organ-specific cells outside the human body and keep them alive. (Some cells, he explained, like those of the pancreas and the liver, remained stubbornly difficult to grow.)And he spoke about bioprinting, showing a video of a few of his printers at work in the lab and then revealing a printer behind him on the stage, busy building a pinkish spherical object. Toward the end of his talk, one of his colleagues emerged with a large beaker filled with a pink liquid.While the crowd sat in silence, Atala reached into the beaker and pulled out what appeared to be a slimy, oversized bean. In a masterly display of showmanship, he held the object forward in his cupped hands. You can actually see the kidney as it was printed earlier today, he said. The crowd broke into spontaneous applause. The next day, the wire news organization Agence France-Presse gushed in a widely disseminated article that Atala had printed a real kidney on a machine that eliminates the need for donors when it comes to organ transplants.Para Atala, la promesa de bioprinting tena todo que ver con la escala. A pesar de que haba crecido con xito un rgano en un laboratorio y se trasplanta en un ser humano, el proceso era increblemente requiere mucho tiempo, precisin faltaba, reproducibilidad fue baja, y la posibilidad de error humano omnipresente.En Wake Forest, donde Atala se convirti en director fundador del instituto en 2004, comenz a experimentar con la piel de impresin, hueso, msculo, cartlago y, no menos importante, las estructuras renales. Dentro de unos pocos aos era lo bastante en su progreso confianza para demostrar que fuera. En 2011, Atala dio un TED Talk sobre el futuro de los rganos de bioingeniera que desde entonces ha sido visto ms de dos millones de veces. El uso de pantalones caqui plisadas y una camisa de botones cortesano rayas, habl de la "crisis de salud", presentado por la escasez de rganos, en parte, resultado de nuestras vidas ms largas. Describi los desafos mdicos que la innovacin y el trabajo de laboratorio perseguido sumariamente haban conquistado: la elaboracin de las mejores biomateriales para su uso en los andamios, aprendiendo cmo hacer crecer las clulas especficas de rganos fuera del cuerpo humano y mantenerlos con vida. (Algunas clulas, explic, como los de pncreas y el hgado, se mantuvo obstinadamente difcil de cultivar.)Y habl de bioprinting, mostrando un video de algunos de sus impresoras en el trabajo en el laboratorio y luego revelando una impresora detrs de l en el escenario, ocupado construyendo un objeto esfrico de color rosado. Hacia el final de su charla, uno de sus colegas salieron con un gran vaso lleno de un lquido de color rosa.Mientras la multitud se sent en silencio, Atala meti la mano en el vaso y sac lo que pareca ser un grano de gran tamao viscosa. En una exhibicin magistral de talento para el espectculo, l llev a cabo el objeto hacia adelante en sus manos ahuecadas. "Usted puede ver el rin como fue impreso el da de hoy", dijo. La multitud estall en aplausos espontneos. Al da siguiente, la organizacin de noticias del alambre Agence France-Presse se derramaron en un artculo difundido ampliamente que Atala haba impreso un "rin real" en una mquina que "elimina la necesidad de los donantes a la hora de los trasplantes de rganos."The future was coming.And then it wasnt.In fact, what Atala had held on stage wasnt a working human kidney. It was inert, an extremely detailed model, a taste of what he hoped and thought bioprinting would one day bring. If you watched the presentation carefully, you could see that Atala never promised that what he held was a working organ. Still, critics pounced on what they viewed as a high-grade exercise in special effects.Last year, Jennifer Lewis, a materials scientist at Harvard and a leading researcher in bioprinting (her specialty is engineering vascularized tissues) seemed to criticize Atala in an interview with the New Yorker. I thought it was misleading, she said, referring to the TED Talk. We dont want to give people false expectations, and it gives the field a bad name.In the aftermath of the TED Talk, Wake Forest issued a press release stressing that it would be a long time before a bioprinted kidney could come to market. When I asked Atala whether hed learned anything from the controversy, he declined to comment on it directly, pointing instead to why he dislikes putting a time stamp on any particular project. We do not want to give patients false hope, he told me.The dust-up was neatly illustrative of one of the central challenges faced by researchers throughout the field of regenerative medicine: You want to stoke enthusiasm about whats possible, because enthusiasm can translate to press, funding and resources. You want to inspire the people around you and the next generation of scientists. But you dont want to misrepresent whats realistically within reach.

El futuro que se avecinaba.Y entonces no lo era.De hecho, lo que Atala haba celebrado en el escenario no era un rin humano de trabajo. Fue inerte, un modelo muy detallado, una muestra de lo que esperaba y el pensamiento bioprinting traera un da. Si has visto la presentacin con cuidado, se poda ver que Atala nunca prometi que lo sostena era un rgano de trabajo. Sin embargo, los crticos se abalanzaron sobre lo que vean como un ejercicio de alto grado en efectos especiales.El ao pasado, Jennifer Lewis, un cientfico de materiales en la Universidad de Harvard y un investigador lder en bioprinting (su especialidad es la ingeniera tejidos vascularizados) pareca criticar Atala en una entrevista con el New Yorker. "Pens que era engaoso", dijo, refirindose a la TED Talk. "No queremos dar a la gente falsas expectativas, y se da el campo un mal nombre."A raz de la TED Talk, Wake Forest emiti un comunicado de prensa destacando que sera un largo tiempo antes de un rin bioprinted podra llegar al mercado. Cuando le pregunt a Atala si haba aprendido algo de la controversia, se neg a comentar directamente, apuntando en cambio a por qu l no le gusta poner una marca de tiempo en cualquier proyecto particular. "No queremos dar a los pacientes falsas esperanzas", me dijo.El polvo de seguimiento fue claramente ilustrativo de uno de los desafos centrales que enfrentan los investigadores en todo el campo de la medicina regenerativa: Usted quiere avivar el entusiasmo sobre lo que es posible, porque el entusiasmo puede traducir a la prensa, la financiacin y los recursos. Usted quiere inspirar a las personas a su alrededor y la prxima generacin de cientficos. Pero usted no quiere tergiversar lo que es realista al alcance.

And when it comes to big, complicated organs, the field still has a way to go. Sit down with a pencil and a piece of paper and you could hardly dream up something more architecturally or functionally complex than the human kidney. The interior of the fist-size organ is made up of solid tissues traversed by an intricate highway system of blood vessels, which measure as little as 0.010 millimeters in diameter, and approximately a million tiny filters known as nephrons, which send healthful fluids back into the bloodstream and waste down to the bladder in the form of urine. To bioprint a kidney, youd have to be able to cultivate and introduce not only functioning kidney cells and nephrons, youd also need to have mastered how to populate the organ with a vasculature to keep the organ fed with the blood and nutrients it needs. And youd have to build it all from the inside out.Which is why many researchers are exploring options that dont include printing those structures from scratch but instead try to use those already designed by nature. At the Texas Heart Institute, in Houston, Doris Taylor, the director of the institutes regenerative medicine research program, is experimenting with decellularized pig heartsorgans that have been stripped of muscle and all other living tissue cells in a chemical bath, leaving only the underlying collagen matrix. A decellularized organ is pale and ghostlyit resembles a glow stick drained of the solution that once made it glow. But crucially, the process leaves the interior architecture of the organ intact, vasculature and all.Taylor hopes one day to use decellularized pig hearts, repopulated with human cells, for transplant in human patients. So far, her team has injected the hearts with live bovine cells and inserted them into cows, where they successfully beat and pumped blood alongside the cows original, healthy heart. For Taylor, this approach skirts the challenges of finding ways to print at the incredibly fine resolution that vascular networks require. The tech is going to have to improve a great deal before were able to bioprint a kidney or a heart, and get blood to it, and keep it alive, Taylor says.Y cuando se trata de grandes, rganos complicados, el campo todava tiene mucho camino por recorrer. Sentarse con un lpiz y una hoja de papel y que difcilmente podra imaginar algo ms arquitectnicamente o funcionalmente complejo que el rin humano. El interior del rgano puo de tamao se compone de tejidos slidos atravesadas por un sistema de carreteras intrincado de los vasos sanguneos, que miden tan poco como 0,010 milmetros de dimetro, y aproximadamente un milln de pequeos filtros conocidos como nefronas, que envan fluidos saludables de nuevo en el torrente sanguneo y los residuos hacia abajo a la vejiga en forma de orina. Para Bioprint un rin, que tendra que ser capaz de cultivar y presentar no slo funcionamiento de las clulas renales y nefronas, tambin tendra que haber dominado cmo rellenar el rgano con un sistema vascular para mantener el rgano alimentado con la sangre y los nutrientes necesita. Y usted tiene que construir todo desde adentro hacia afuera.Es por eso que muchos investigadores estn explorando opciones que no incluyen la impresin de esas estructuras a partir de cero, sino que tratan de utilizar los ya diseados por la naturaleza. En el Instituto del Corazn de Texas, en Houston, Doris Taylor, el director del programa de investigacin de medicina regenerativa del Instituto, est experimentando con descelularizados cerdo corazones rganos que han sido despojados de todas las dems clulas de los tejidos vivos en un bao qumico muscular y, dejando slo la matriz de colgeno subyacente. Un rgano descelularizado es plida y fantasmal-se asemeja a un palillo del resplandor drenado de la solucin que una vez hizo brillar. Pero lo ms importante, el proceso deja la arquitectura interior del rgano intacto vasculatura y todo.Taylor espera un da para utilizar los corazones de cerdos descelularizados, repoblados con clulas humanas, para el trasplante en pacientes humanos. Hasta ahora, su equipo ha inyectado los corazones con clulas vacuno vivo y las inserta en vacas, donde vencieron con xito y se bombea la sangre junto original, saludable para el corazn de las vacas. Para Taylor, este enfoque bordea los desafos de la bsqueda de formas para imprimir en el increblemente fina resolucin que las redes vasculares requieren. "La tecnologa va a tener que mejorar mucho antes de que somos capaces de Bioprint un rin o un corazn, y obtener la sangre a la misma, y mantenerlo vivo", dice Taylor.Researchers at Wake Forest are also experimenting with decellularized organs from both animal and human cadavers. Indeed, although Atala sees the replacement kidney as his Holy Grail, he doesnt pretend that building one will be anything but an incremental process, undertaken from a variety of angles. So while researchers at the institute and elsewhere work to refine printing the organs external structure and internal architecture, theyre also experimenting with different ways to print and grow blood vessels. At the same time, theyre honing techniques to cultivate the living kidney cells necessary to make it all work, including a new project to propagate kidney cells taken from a biopsy of a patients healthy tissue.When we talked, Atala emphasized that his goal is to get a functioning, engineered large organ into a human being who desperately needs it, whether that organ was bioprinted or not. Whatever technology it takes to get there, he said.And yet he was quick to point out that the way you get there isnt unimportant: Ultimately, you want to lay the foundation for an industry that will ensure that no onewhether in the coming decades or in the 22nd century, depending on your level of optimismwill ever want for a life-saving organ again. To do that, you cant go at it by hand.Youll need a device thats able to create the same type of organ time and time again, Atala told me. Just like it was machine-made.One afternoon, I stopped by the desk of John Jackson, an associate professor at the institute. Jackson, 63, is an experimental hematologist by trade. He came to Wake Forest four years ago, and likened the move to the institute, with all its next-generation tech, as going back to school all over again.

Los investigadores de Wake Forest tambin estn experimentando con rganos descelularizados de animales y cadveres humanos. De hecho, aunque Atala ve el rin de reemplazo como su Santo Grial, que no pretende que la construccin de uno va a ser otra cosa que un proceso incremental, realizada a partir de una variedad de ngulos. As, mientras los investigadores en el instituto y en otros lugares de trabajo para perfeccionar la impresin estructura externa del rgano y arquitectura interna, tambin estn experimentando con diferentes formas de imprimir y hacer crecer los vasos sanguneos. Al mismo tiempo, se estn perfeccionando las tcnicas para cultivar las clulas de rin de vida que sean necesarias para hacer que todo el trabajo, incluyendo un nuevo proyecto para propagar clulas renales tomadas de una biopsia de tejido sano del paciente.Cuando hablamos, Atala subray que su objetivo es conseguir un funcionamiento, diseado rgano grande en un ser humano que necesita desesperadamente, si ese rgano fue bioprinted o no. "Sea cual sea la tecnologa que se necesita para llegar all", dijo.Y sin embargo, se apresur a sealar que la manera de llegar all no es poco importante: En ltima instancia, quiere sentar las bases de una industria que se asegurar de que nadie, ya sea en las prximas dcadas o en el siglo 22, en funcin de su nivel de optimismo jams desear para un rgano para salvar la vida de nuevo. Para hacer eso, no se puede ir en l con la mano."Tendr un dispositivo que es capaz de crear el mismo tipo de tiempo y el tiempo de rganos de nuevo", me dijo Atala. "Al igual que fue hecho a mquina."Una tarde, me detuve en el mostrador de John Jackson, profesor asociado en el Instituto. Jackson, de 63 aos, es un hematlogo experimental por el comercio. Lleg a Wake Forest hace cuatro aos, y compar el movimiento para el instituto, con toda su tecnologa de ltima generacin, como "volver a la escuela de nuevo."Jackson oversees the development of a skin-cell printer, which is designed to print a range of living skin cells directly onto a patient. Say you have an injury to your skin, Jackson suggested. Youd scan that wound to get the exact size and shape of the defect, and youd get a 3-D image of the defect. You could then print the cellswhich are grown in a hydrogelin the exact shape you need to fit the wound. Right now, the printer can lay down tissues at the top two layers of skin, deep enough to treatand to healmost burn wounds. Down the line, the lab hopes to print deeper beneath the skins surface and to print more complicated layers of skin, including adipose tissue and deep-rooted hair follicles.Jackson estimated clinical trials could start in the next five years, pending FDA approval. In the meantime, his team had been busy testing the skin printer on pigs. He unscrolled a large poster, which was divided into panels. In the first was a detailed photograph of a square wound, about four inches on one side, that technicians had cut on a pigs back. (The pigs had been put under general anesthesia.) That same day, the researchers had printed cells directly onto the wound, a process that took about 30 minutes. In the post-printing photographs, you could make out a discrepancy in color and texture: The area was grayer and duller than natural pig flesh. But there was little puckering, no raised or ridged scar tissue, and, in time, the gel more or less completely melded into the surrounding skin.The skin-cell printer is one of several active projects at the institute that receives funding from the U.S. Department of Defense, including tissue regeneration initiatives for facial and genital injuries, both of which have been endemic among American soldiers injured in recent wars. Last year, researchers led by Atala announced the successful implantation of vaginas engineered using the patients own cells in four teenagers suffering from a rare reproductive disorder called Mayer-Rokitansky-Kster-Hauser syndrome. Wake Forest is also testing lab-grown and decellularized cadaver penises and anal sphincters on animals, with the hope of starting human trials in the next five years. Jackson supervisa el desarrollo de una impresora de clulas de la piel, que est diseado para imprimir una gama de clulas vivas de la piel directamente en un paciente. "Digamos que usted tiene una lesin en la piel", Jackson sugiri. "Se podra explorar esa herida para obtener el tamao exacto y la forma del defecto, y se obtendra una imagen 3-D del defecto. A continuacin, puede imprimir las clulas "-que se cultivan en un hidrogel" en la forma exacta que necesita para adaptarse a la herida. "En este momento, la impresora puede fijar en los tejidos en las dos capas superiores de la piel, lo suficientemente profundo para tratamiento y para sanar ms a quemar las heridas. Abajo de la lnea, el laboratorio espera para imprimir ms profundo bajo la superficie de la piel y para imprimir ms complicadas capas de la piel, incluyendo el tejido adiposo y los folculos pilosos de races profundas.Jackson estima ensayos clnicos podran comenzar en los prximos cinco aos, en espera de aprobacin de la FDA. Mientras tanto, su equipo haba estado muy ocupado probando la impresora piel de los cerdos. l unscrolled un gran cartel, que se dividi en paneles. En la primera era una fotografa detallada de una herida plaza, cerca de cuatro pulgadas por un lado, que los tcnicos haban cortado en la espalda de un cerdo. (Los cerdos haban sido puestos bajo anestesia general.) Ese mismo da, los investigadores haban impreso las clulas directamente sobre la herida, un proceso que tom cerca de 30 minutos. En las fotografas post-impresin, usted podra hacer una diferencia en el color y la textura: La zona era ms gris y ms aburrido que la carne de cerdo natural. Pero haba poco fruncido, sin subir o tejido cicatricial camellones, y, con el tiempo, el gel ms o menos completamente fundido en la piel circundante.La impresora de clulas de la piel es uno de varios proyectos activos en el instituto que recibe fondos del Departamento de Defensa de Estados Unidos, incluyendo iniciativas de regeneracin de tejidos para lesiones en la cara y genitales, los cuales han sido endmica entre los soldados estadounidenses heridos en las guerras recientes. El ao pasado, los investigadores dirigidos por Atala anunciaron la implantacin exitosa de las vaginas de ingeniera utilizando las propias clulas de los pacientes en cuatro adolescentes que sufren de una rara enfermedad llamada sndrome reproductivo Mayer-Rokitansky-Kster-Hauser. Wake Forest tambin est probando penes cultivadas en laboratorio y de cadver descelularizado y esfnteres anales de los animales, con la esperanza de comenzar los ensayos en humanos en los prximos cinco aos.

The Peripheral, the new novel by the futurist William Gibson, who coined the term cyberspace and foresaw most of the digital revolution, takes place at a time when humans are able to fabessentially 3-D printanything they need: drugs, computers, clothing. They are constrained only by their imagination. And yet hunched over Jacksons poster, I found myself thinking that even Gibson hadnt predicted this: living flesh, on demand.

I walked over to Atalas office. Sunlight splashed across the floor and a tall set of bookshelves, which displayed photos of Atalas two young sons and several copies of his textbook, Principles of Regenerative Medicine.

Hed been in the operating room all morning (hes also the medical schools chairman of urology) and did not expect to head back home until late in the evening, but he was cheery and burbling over with energy. I asked him if he ever considered giving up his practice and focusing solely on research.

He shook his head. At the end of the day, I went into medicine to take care of patients, he said. I love having that relationship with families and patients. But equally important, it keeps me in touch with what the need is. Because if I see that need firsthand, if I can put faces to the problemwell, I know Ill keep working on it, keep trying to figure out.

El perifrico, la nueva novela de la futurista William Gibson, que acu el trmino "ciberespacio" y previ la mayor parte de la revolucin digital, tiene lugar en un momento en que los seres humanos son capaces de "fabuloso" -esencialmente 3-D de impresin, cualquier cosa que necesitan : medicamentos, computadoras, ropa. Ellos estn limitados slo por su imaginacin. Y sin embargo, encorvado sobre el cartel de Jackson, me puse a pensar que incluso Gibson no haba predicho esto: carne viva, bajo demanda.Me acerqu a la oficina de Atala. La luz del sol ech por el suelo y un conjunto de altura de los estantes, que muestra fotos de dos jvenes hijos de Atala y varios ejemplares de su libro de texto, Principios de Medicina Regenerativa.Haba estado en la sala de operaciones durante toda la maana (que es tambin el presidente de la escuela de medicina de urologa) y no esperaba para regresar a casa hasta tarde en la noche, pero estaba alegre y burbujeante sobre energa. Le pregunt si alguna vez consider renunciar a su prctica y se centra exclusivamente en la investigacin.l neg con la cabeza. "Al final del da, me fui a la medicina para cuidar de los pacientes", dijo. "Me encanta tener esa relacin con las familias y los pacientes. Pero igualmente importante, que me mantiene en contacto con lo que la necesidad es. Porque si veo que necesidad de primera mano, si puedo poner caras del problema, bueno, s que voy a seguir trabajando en ello, seguir tratando de averiguar ".

Why Brain-to-Brain Communication Is No Longer UnthinkableExploring uncharted territory, neuroscientists are making strides with human subjects who can "talk" directly by using their mindsTelepathy, circa 23rd century: The Vulcan mind meld, accomplished by touching the temples with the fingertips, is an accepted technique for advancing the plot of a Star Trek episode with a minimum of dialogue, by sharing sensory impressions, memories and thoughts between nonhuman characters.Telepathy, 2015: At the Center for Sensorimotor Neural Engineering of the University of Washington, a young woman dons an electroencephalogram cap, studded with electrodes that can read the minute fluctuations of voltage across her brain. She is playing a game, answering questions by turning her gaze to one of two strobe lights labeled yes and no. The yes light is flashing at 13 times a second, the no at 12, and the difference is too small for her to perceive, but sufficient for a computer to detect in the firing of neurons in her visual cortex. If the computer determines she is looking at the yes light, it sends a signal to a room in another building, where another woman is sitting with a magnetic coil positioned behind her head. A yes signal activates the magnet, causing a brief disturbance in the second subjects visual field, a virtual flash (a phosphene) that she describes as akin to the appearance of heat lightning on the horizon. In this way, the first womans answers are conveyed to another person across the campus, going Star Trek one better: exchanging information between two minds that arent even in the same place.

Por qu la comunicacin de cerebro a cerebro ya no es impensable?Exploracin de un territorio desconocido, los neurocientficos estn haciendo progresos con sujetos humanos que puede "hablar" directamente usando sus mentesTelepata, hacia el siglo 23: La fusin mental Vulcan, realizada por tocar las sienes con las yemas de los dedos, es una tcnica aceptada para el avance de la trama de un episodio de "Star Trek", con un mnimo de dilogo, mediante el intercambio de impresiones sensoriales, recuerdos y pensamientos entre personajes no humanos.Telepata, 2015: En el Centro de Sensoriomotor Neural Engineering de la Universidad de Washington, una mujer joven se pone una tapa electroencefalograma, tachonado de electrodos que pueden leer las fluctuaciones minutos de tensin a travs de su cerebro. Ella est jugando un juego, respondiendo preguntas girando la vista hacia una de las dos luces estroboscpicas marcado "s" y "no". La luz "s" est parpadeando en 13 veces por segundo, el "no" a las 12, y la diferencia es demasiado pequeo para que ella percibe, pero suficiente para una computadora para detectar en el disparo de las neuronas en su corteza visual. Si el equipo determina que ella est mirando a la luz "s", se enva una seal a una habitacin en otro edificio, donde otra mujer est sentada con una bobina magntica colocada detrs de la cabeza. Una seal de "s" se activa el imn, haciendo una breve perturbacin en el campo visual del segundo tema, un flash virtual (un "fosfeno") que ella describe como similar a la aparicin de un rayo de calor en el horizonte. De esta manera, las respuestas de la primera mujer se transportan a otra persona a travs del campus, yendo de "Star Trek" nadie mejor: el intercambio de informacin entre dos mentes que ni siquiera estn en el mismo lugar.

For nearly all of human history, only the five natural senses were known to serve as a way into the brain, and language and gesture as the channels out. Now researchers are breaching those boundaries of the mind, moving information in and out and across space and time, manipulating it and potentially enhancing it. This experiment and others have been a demonstration to get the conversation started, says researcher Rajesh Rao, who conducted it along with his colleague Andrea Stocco. The conversation, which will likely dominate neuroscience for much of this century, holds the promise of new technology that will dramatically affect how we treat dementia, stroke and spinal cord injuries. But it will also be about the ethics of powerful new tools to enhance thinking, and, ultimately, the very nature of consciousness and identity.That new study grew out of Raos work in brain-computer interfaces, which process neural impulses into signals that can control external devices. Using an EEG to control a robot that can navigate a room and pick up objectswhich Rao and his colleagues demonstrated as far back as 2008may be commonplace someday for quadriplegics.In what Rao says was the first instance of a message sent directly from one human brain to another, he enlisted Stocco to help play a basic Space Invaders-type game. As one person watched the attack on a screen and communicated by using only thought the best moment to fire, the other got a magnetic impulse that caused his hand, without conscious effort, to press a button on a keyboard. After some practice, Rao says, they got quite good at it.Thats nice, I said, when he described the procedure to me. Can you get him to play the piano?Rao sighed. Not with anything were using now.

Durante casi toda la historia humana, solamente los cinco sentidos naturales eran conocidos por servir como un camino en el cerebro y el lenguaje y el gesto como los canales de salida. Ahora los investigadores estn infringiendo los lmites de la mente, mover la informacin de entrada y salida y en el espacio y el tiempo, manipularlo y potencialmente mejorar la misma. Este experimento y otros han sido una "manifestacin para iniciar la conversacin", dice el investigador Rajesh Rao, que realiz junto con su colega Andrea Stocco. La conversacin, que probablemente dominar la neurociencia durante gran parte de este siglo, mantiene la promesa de una nueva tecnologa que afectar dramticamente cmo tratamos demencia, accidente cerebrovascular y lesiones de la mdula espinal. Pero tambin ser sobre la tica de nuevas y potentes herramientas para mejorar el pensamiento, y, en ltima instancia, la propia naturaleza de la conciencia y la identidad.Ese nuevo estudio surgi a partir de la obra de Rao en "interfaces cerebro-computadora", que procesan los impulsos neuronales en seales que pueden controlar dispositivos externos. El uso de un EEG para controlar un robot que puede navegar por una habitacin y recoger objetos -que Rao y sus colegas demostraron ya en 2008, puede ser algn da un lugar comn para los tetrapljicos.En lo que dice Rao fue el primer ejemplo de un mensaje enviado directamente de un cerebro humano a otro, se alist Stocco para ayudar a jugar un "Space Invaders" juego bsico de tipo. Como una persona vio el ataque en una pantalla y se comunica usando slo pensaba que el mejor momento para disparar, el otro tiene un impulso magntico que caus la mano, sin esfuerzo consciente, al presionar un botn en un teclado. Despus de un poco de prctica, dice Rao, consiguieron muy buenos en eso."Eso est bien", le dije, cuando describi el procedimiento para m. "Puedes conseguir que tocar el piano?"Rao suspir. "No con todo lo que estamos usando ahora."For all that science has studied and mapped the brain in recent decades, the mind remains a black box. A famous 1974 essay by the philosopher Thomas Nagel asked, What Is It Like to Be a Bat? and concluded that we will never know; another consciousnessanother persons, let alone a member of another speciescan never be comprehended or accessed. For Rao and a few others to open that door a tiny crack, then, is a notable achievement, even if the work has mostly underscored how big a challenge it is, both conceptually and technologically.The computing power and the programming are up to the challenge; the problem is the interface between brain and computer, and especially the one that goes in the direction from computer to brain. How do you deliver a signal to the right group of nerve cells among the estimated 86 billion in a human brain? The most efficient approach is an implanted transceiver that can be hard-wired to stimulate small regions of the brain, even down to a single neuron. Such devices are already in use for deep brain stimulation, a technique for treating patients with Parkinsons and other disorders with electrical impulses. But its one thing to perform brain surgery for an incurable disease, and something else to do it as part of an experiment whose benefits are speculative at best.So Rao used a technique that does not involve opening the skull, a fluctuating magnetic field to induce a tiny electric current in a region of the brain. It appears to be safehis first volunteer was his collaborator, Stoccobut it is a crude mechanism. The smallest area that can be stimulated in this way, Rao says, is not quite half an inch across. This limits its application to gross motor movements, such as hitting a button, or simple yes-or-no communication.

Por todo lo que la ciencia ha estudiado y cartografiado el cerebro en las ltimas dcadas, la mente sigue siendo un cuadro negro. Un famoso ensayo de 1974 el filsofo Thomas Nagel le pregunt: "Qu se siente al ser un murcilago?", Y lleg a la conclusin de que nunca lo sabremos; -especie nunca pueden ser comprendidos o acceder a otra conciencia, otra de la persona, y mucho menos un miembro del otro. Para Rao y algunos otros para abrir esa puerta una pequea grieta, entonces, es un logro notable, incluso si el trabajo ha puesto de relieve sobre todo lo grande que un desafo que es, tanto conceptual como tecnolgicamente.La potencia de clculo y la programacin son la altura del desafo; el problema es la interfaz entre cerebro y computadora, y sobre todo el que va en la direccin de un equipo a cerebro. Cmo usted entrega una seal al grupo correcto de clulas nerviosas entre los 86 mil millones estimados en un cerebro humano? El enfoque ms eficiente es un transceptor implantado que puede ser conectado difciles de estimular pequeas regiones del cerebro, incluso a una sola neurona. Estos dispositivos ya estn en uso para la "estimulacin cerebral profunda", una tcnica para el tratamiento de los pacientes con Parkinson y otros trastornos con impulsos elctricos. Pero una cosa es realizar una ciruga cerebral para una enfermedad incurable, y algo ms para hacerlo como parte de un experimento cuyos beneficios son especulativa en el mejor.As Rao utiliza una tcnica que no implica abrir el crneo, un campo magntico fluctuante para inducir una corriente elctrica pequea en una regin del cerebro. Se parece ser seguro, su primer voluntario fue su colaborador, Stocco, pero se trata de un mecanismo de crudo. El rea ms pequea que puede ser estimulada de esta manera, Rao dice, no es exactamente la mitad de una pulgada de ancho. Esto limita su aplicacin a los movimientos de motricidad gruesa, como golpear un botn o un simple s o un no comunicacin.Another way to transmit information, called focused ultrasound, appears to be capable of stimulating a region of the brain as small as a grain of rice. While the medical applications for ultrasound, such as imaging and tissue ablation, use high frequencies, from 800 kilohertz up to the megahertz range, a team led by Harvard radiologist Seung-Schik Yoo found that a frequency of 350 kilohertz works well, and apparently safely, to send a signal to the brain of a rat. The signal originated with a human volunteer outfitted with an EEG, which sampled his brainwaves; when he focused on a specific pattern of lights on a computer screen, a computer sent an ultrasound signal to the rat, which moved his tail in response. Yoo says the rat showed no ill effects, but the safety of focused ultrasound on the human brain is unproven. Part of the problem is that, unlike magnetic stimulation, the mechanism by which ultrasound wavesa form of mechanical energycreates an electric potential isnt fully understood. One possibility is that it operates indirectly by popping open the vesicles, or sacs, within the cells of the brain, flooding them with neurotransmitters, like delivering a shot of dopamine to exactly the right area. Alternatively, the ultrasound could induce cavitationbubblingin the cell membrane, changing its electrical properties. Yoo suspects that the brain contains receptors for mechanical stimulation, including ultrasound, which have been largely overlooked by neuroscientists. Such receptors would account for the phenomenon of seeing stars, or flashes of light, from a blow to the head, for instance. If focused ultrasound is proven safe, and becomes a feasible approach to a computer-brain interface, it would open up a wide range of unexploredin fact, barely imaginedpossibilities.

Otra forma de transmitir la informacin, llamado ultrasonido enfocado, parece ser capaz de estimular una regin del cerebro tan pequeo como un grano de arroz. Mientras que las aplicaciones mdicas de la ecografa, como las imgenes y la ablacin de tejido, utilice las frecuencias altas, de 800 kilohertz hasta el rango de megahercios, un equipo dirigido por el radilogo Harvard Seung-Schik Yoo encontr que una frecuencia de 350 kilohertz funciona bien, y aparentemente segura , para enviar una seal al cerebro de una rata. La seal se origin con un voluntario humano equipado con un EEG, que muestrea sus ondas cerebrales; cuando l se centr en un patrn especfico de las luces en una pantalla de computadora, una computadora enva una seal de ultrasonido para la rata, que se mova su cola en respuesta. Yoo dice la rata mostr ningn efecto negativo, pero la seguridad de ultrasonido enfocado en el cerebro humano no est comprobada. Parte del problema es que, a diferencia de la estimulacin magntica, el mecanismo por el cual las ondas de ultrasonido-una forma de energa mecnica-crea un potencial elctrico no se entiende completamente. Una posibilidad es que opera indirectamente, "saltando" abrir las vesculas, o sacos, dentro de las clulas del cerebro, inundando con neurotransmisores, como la entrega de un tiro de la dopamina para exactamente el rea de la derecha. Alternativamente, el ultrasonido podra inducir cavitacin-burbujeo-en la membrana celular, el cambio de sus propiedades elctricas. Yoo sospecha que el cerebro contiene receptores para la estimulacin mecnica, incluyendo ultrasonido, que se han pasado por alto en gran medida por los neurocientficos. Tales receptores explicaran el fenmeno de "ver las estrellas", o destellos de luz, de un golpe en la cabeza, por ejemplo. Si el ultrasonido enfocado est probado seguro, y se convierte en un enfoque viable para una interfaz de ordenador-cerebro, se abrira una amplia gama de posibilidades imaginadas-inexplorada, de hecho, a duras penas.

Direct verbal communication between individualsa more sophisticated version of Raos experiment, with two connected people exchanging explicit statements just by thinking themis the most obvious application, but its not clear that a species possessing language needs a more technologically advanced way to say Im running late, or even I love you. John Trimper, an Emory University doctoral candidate in psychology, who has written about the ethical implications of brain-to-brain interfaces, speculates that the technology, especially through wireless transmissions, could eventually allow soldiers or policeor criminalsto communicate silently and covertly during operations. That would be in the distant future. So far, the most content-rich message sent brain-to-brain between humans traveled from a subject in India to one in Strasbourg, France. The first message, laboriously encoded and decoded into binary symbols by a Barcelona-based group, was hola. With a more sophisticated interface one can imagine, say, a paralyzed stroke victim communicating to a caregiveror his dog. Still, if what hes saying is, Bring me the newspaper, there are, or will be soon, speech synthesizersand robotsthat can do that. But what if the person is Stephen Hawking, the great physicist afflicted by ALS, who communicates by using a cheek muscle to type the first letters of a word? The world could surely benefit from a direct channel to his mind.

La comunicacin verbal directa entre los individuos, una versin ms sofisticada del experimento de Rao, con dos personas conectadas intercambiando declaraciones explcitas con slo pensar ellos es la aplicacin ms obvia, pero no est claro que una lengua que posee especies necesita una manera ms avanzada tecnolgicamente que decir " me est haciendo tarde ", o incluso" Te amo. "John Trimper, un estudiante de doctorado de la Universidad de Emory en psicologa, que ha escrito sobre las implicaciones ticas de interfaces cerebro a cerebro, especula que la tecnologa", especialmente a travs de wireless transmisiones, podran eventualmente permitir que los soldados o la polica -o criminales para comunicarse en silencio y en secreto durante las operaciones. "Eso sera en el futuro lejano. Hasta el momento, el mensaje ms rico contenido enviado de cerebro a cerebro entre los seres humanos viajaron de un sujeto en la India a uno en Estrasburgo, Francia. El primer mensaje, codificado y decodificado laboriosamente en smbolos binarios por un grupo con sede en Barcelona, fue "hola". Con una interfaz ms sofisticada que uno puede imaginar, por ejemplo, un accidente cerebrovascular paralizado vctima comunicar a un cuidador o su perro. Sin embargo, si lo que est diciendo es: "Treme el peridico," hay, o va a ser pronto, sintetizadores de voz-y-robots que pueden hacer eso. Pero y si la persona es Stephen Hawking, el gran fsico afectados por ELA, que se comunica mediante el uso de un msculo mejilla para escribir las primeras letras de una palabra? El mundo sin duda podra beneficiarse de un canal directo con su mente.Maybe were still thinking too small. Maybe an analog to natural language isnt the killer app for a brain-to-brain interface. Instead, it must be something more global, more ambitiousinformation, skills, even raw sensory input. What if medical students could download a technique directly from the brain of the worlds best surgeon, or if musicians could directly access the memory of a great pianist? Is there only one way of learning a skill? Rao muses. Can there be a shortcut, and is that cheating? It doesnt even have to involve another human brain on the other end. It could be an animalwhat would it be like to experience the world through smell, like a dogor by echolocation, like a bat? Or it could be a search engine. Its cheating on an exam if you use your smartphone to look things up on the Internet, Rao says, but what if youre already connected to the Internet through your brain? Increasingly the measure of success in society is how quickly we access, digest and use the information thats out there, not how much you can cram into your own memory. Now we do it with our fingers. But is there anything inherently wrong about doing it just by thinking?Or, it could be your own brain, uploaded at some providential moment and digitally preserved for future access. Lets say years later you have a stroke, says Stocco, whose own mother had a stroke in her 50s and never walked again. Now, you go to rehab and its like learning to walk all over again. Suppose you could just download that ability into your brain. It wouldnt work perfectly, most likely, but it would be a big head start on regaining that ability.

Tal vez todava estamos pensando demasiado pequeo. Tal vez un anlogo al lenguaje natural no es la aplicacin de una interfaz de cerebro a cerebro. En su lugar, debe ser algo ms global, ms ambicioso, la informacin, las habilidades, incluso la informacin sensorial en bruto. Qu pasa si los estudiantes de medicina podan descargar una tcnica directamente desde el cerebro del mejor cirujano del mundo, o si los msicos podan acceder directamente a la memoria de un gran pianista? "Hay una sola manera de aprender una habilidad?" Musas Rao. "Puede haber un acceso directo, y es que el engao?" Ni siquiera tiene por qu implicar otro cerebro humano en el otro extremo. Podra ser un animal, qu sera como para experimentar el mundo a travs del olfato, como un perro o por ecolocacin, como un murcilago? O podra ser un motor de bsqueda. "Es hacer trampa en un examen si usted utiliza su smartphone para buscar cosas en Internet," Rao dice, "pero lo que si usted ya est conectado a Internet a travs de su cerebro? Cada vez ms la medida del xito en la sociedad es la rapidez con la que accedemos, digerimos y utilizamos la informacin que hay ah fuera, no cunto se puede meter en su propia memoria. Ahora lo hacemos con nuestros dedos. Pero hay algo intrnsecamente malo en hacerlo con slo pensar? "O bien, podra ser su propio cerebro, subido en algn momento providencial y digital conservado para el acceso futuro. "Digamos que aos ms tarde que tienen un accidente cerebrovascular", dice Stocco, cuya madre tuvo un derrame cerebral a los 50 aos y nunca se fue de nuevo. "Ahora, usted va a rehabilitacin y es como aprender a caminar de nuevo. Suponga que usted podra descargar esa capacidad en su cerebro. No funcionara perfectamente, lo ms probable, pero sera iniciar una cabeza grande en recuperar esa capacidad. "

Miguel Nicolelis, a creative Duke neuroscientist and a mesmerizing lecturer on the TED Talks circuit, knows the value of a good demonstration. For the 2014 World Cup, Nicolelisa Brazilian-born soccer aficionadoworked with others to build a robotic exoskeleton controlled by EEG impulses, enabling a young paraplegic man to deliver the ceremonial first kick. Much of his work now is on brain-to-brain communication, especially in the highly esoteric techniques of linking minds to work together on a problem. The minds arent human ones, so he can use electrode implants, with all the advantages that conveys.One of his most striking experiments involved a pair of lab rats, learning together and moving in synchrony as they communicated via brain signals. The rats were trained in an enclosure with two levers and a light above each. The left- or right-hand light would flash, and the rats learned to press the corresponding lever to receive a reward. Then they were separated, and each fitted with electrodes to the motor cortex, connected via computers that sampled brain impulses from one rat (the encoder), and sent a signal to a second (the decoder). The encoder rat would see one light flashsay, the left oneand push the left-hand lever for his reward; in the other box, both lights would flash, so the decoder wouldnt know which lever to pushbut on receiving a signal from the first rat, he would go to the left as well.

Miguel Nicolelis, un neurocientfico creativa Duke y profesor fascinante en el circuito TED Talks, conoce el valor de una buena demostracin. Para la Copa del Mundo de 2014, trabaj-aficionado Nicolelis, un ftbol de origen brasileo con otros para construir un exoesqueleto robtico controlado por impulsos EEG, lo que permite a un hombre parapljico joven para entregar la primera patada ceremonial. Mucho de su trabajo ahora est en comunicacin cerebro a cerebro, sobre todo en las tcnicas altamente esotricos de vincular mentes a trabajar juntos en un problema. Las mentes no son los humanos, por lo que se pueden utilizar implantes de electrodos, con todas las ventajas que conlleva.Uno de sus experimentos ms sorprendentes implic un par de ratas de laboratorio, aprender juntos y movindose en sincrona como se comunicaban a travs de seales cerebrales. Las ratas fueron entrenadas en una caja con dos palancas y una luz por encima de cada uno. La luz de la izquierda o de la derecha sera parpadear, y las ratas aprendieron a presionar la palanca correspondiente para recibir una recompensa. Luego se separaron, y cada uno equipados con electrodos a la corteza motora, conectados a travs de equipos que muestrean los impulsos del cerebro de una rata (el "encoder"), y envan una seal a un segundo (el "decodificador"). La rata "encoder" vera una luz de flash decir, el de la izquierda y empujar la palanca izquierda para su recompensa; en la otra caja, ambas luces se parpadear, por lo que el "decodificador" no sabra que la palanca de empuje, pero al recibir una seal de la primera rata, l ira a la izquierda tambin.Nicolelis added a clever twist to this demonstration. When the decoder rat made the correct choice, he was rewarded, and the encoder got a second reward as well. This served to reinforce and strengthen the (unconscious) neural processes that were being sampled in his brain. As a result, both rats became more accurate and faster in their responsesa pair of interconnected brains...transferring information and collaborating in real time. In another study, he wired up three monkeys to control a virtual arm; each could move it in one dimension, and as they watched a screen they learned to work together to manipulate it to the correct location. He says he can imagine using this technology to help a stroke victim regain certain abilities by networking his brain with that of a healthy volunteer, gradually adjusting the proportions of input until the patients brain is doing all the work. And he believes this principle could be extended indefinitely, to enlist millions of brains to work together in a biological computer that tackled questions that could not be posed, or answered, in binary form. You could ask this network of brains for the meaning of lifeyou might not get a good answer, but unlike a digital computer, it would at least understand the question. At the same time, Nicolelis criticizes efforts to emulate the mind in a digital computer, no matter how powerful, saying theyre bogus, and a waste of billions of dollars. The brain works by different principles, modeling the world by analogy. To convey this, he proposes a new concept he calls Gdelian information, after the mathematician Kurt Gdel; its an analog representation of reality that cannot be reduced to bytes, and can never be captured by a map of the connections between neurons (Upload Your Mind, see below). A computer doesnt generate knowledge, doesnt perform introspection, he says. The content of a rat, monkey or human brain is much richer than we could ever simulate by binary processes.

Nicolelis agreg un giro inteligente a esta manifestacin. Cuando la rata decodificador hizo la eleccin correcta, fue recompensado, y el codificador consigui un segundo premio tambin. Esto sirvi para reforzar y fortalecer los (inconscientes) procesos neuronales que estaban siendo muestreados en su cerebro. Como resultado, tanto en ratas se volvieron ms precisa y ms rpida en su respuestas- "un par de cerebros interconectados ... transferencia de informacin y de colaboracin en tiempo real." En otro estudio, se cableadas hasta tres monos para controlar un brazo virtual; cada uno poda moverlo en una dimensin, y al ver una pantalla que aprendido a trabajar juntos para manipular a la ubicacin correcta. Dice que puede imaginar el uso de esta tecnologa para ayudar a una vctima de accidente cerebro vascular recuperar ciertas capacidades en red de su cerebro con el de un voluntario sano, ajustando gradualmente las proporciones de entrada hasta que el cerebro del paciente est haciendo todo el trabajo. Y l cree que este principio podra extenderse indefinidamente, para alistar a millones de cerebros a trabajar juntos en una "computadora biolgica", que aborda cuestiones que no podan plantearse, o contestadas, en forma binaria. Usted puede pedir esta red de cerebros para el sentido de la vida, puede que no obtenga una buena respuesta, pero a diferencia de un ordenador digital ", que" tendra al menos entender la pregunta. Al mismo tiempo, Nicolelis critica esfuerzos para emular la mente en un ordenador digital, no importa lo poderoso, diciendo que son "falsos, y una prdida de miles de millones de dlares." El cerebro funciona por diferentes principios, modelando el mundo, por analoga, . Para transmitir esto, se propone un nuevo concepto que l llama "la informacin Gdeliana", en honor del matemtico Kurt Gdel; es una representacin analgica de la realidad que no puede ser reducido a bytes, y nunca puede ser capturado por un mapa de las conexiones entre las neuronas ("Subir tu mente", vase ms adelante). "Una computadora no genera conocimiento, no realiza la introspeccin", dice. "El contenido de una rata, mono o el cerebro humano es mucho ms rica de lo que podramos simular por procesos binarios."

The cutting edge of this research involves actual brain prostheses. At the University of Southern California, Theodore Berger is developing a microchip-based prosthesis for the hippocampus, the part of the mammalian brain that processes short-term impressions into long-term memories. He taps into the neurons on the input side, runs the signal through a program that mimics the transformations the hippocampus normally performs, and sends it back into the brain. Others have used Bergers technique to send the memory of a learned behavior from one rat to another; the second rat then learned the task in much less time than usual. To be sure, this work has only been done in rats, but because degeneration of the hippocampus is one of the hallmarks of dementia in human beings, the potential of this research is said to be enormous.

La vanguardia de esta investigacin consiste en prtesis cerebrales reales. En la Universidad del Sur de California, Theodore Berger est desarrollando una prtesis a base de microchip para el hipocampo, la parte del cerebro de los mamferos que procesa impresiones de corto plazo en memoria a largo plazo. Se nutre de las neuronas en el lado de entrada, se ejecuta la seal a travs de un programa que imita las transformaciones del hipocampo desempea normalmente, y lo enva de vuelta al cerebro. Otros han utilizado la tcnica de Berger para enviar la memoria de un comportamiento aprendido de una rata a otra; la segunda rata luego aprendi la tarea en mucho menos tiempo de lo habitual. Sin duda, este trabajo slo se ha hecho en ratas, pero debido a la degeneracin del hipocampo es una de las seas de identidad de la demencia en los seres humanos, se dice que el potencial de esta investigacin a ser enorme.

Given the sweeping claims for the future potential of brain-to-brain communication, its useful to list some of the things that are not being claimed. There is, first, no implication that humans possess any form of natural (or supernatural) telepathy; the voltages flickering inside your skull just arent strong enough to be read by another brain without electronic enhancement. Nor can signals (with any technology we possess, or envision) be transmitted or received surreptitiously, or at a distance. The workings of your mind are secure, unless you give someone else the key by submitting to an implant or an EEG. It is, however, not too soon to start considering the ethical implications of future developments, such as the ability to implant thoughts in other people or control their behavior (prisoners, for example) using devices designed for those purposes. The technology is outpacing the ethical discourse at this time, Emorys Trimper says, and thats where things get dicey. Consider that much of the brain traffic in these experimentsand certainly anything like Nicolelis vision of hundreds or thousands of brains working togetherinvolves communicating over the Internet. If youre worried now about someone hacking your credit card information, how would you feel about sending the contents of your mind into the cloud?Theres another track, though, on which brain-to-brain communication is being studied. Uri Hasson, a Princeton neuroscientist, uses functional magnetic resonance imaging to research how one brain influences another, how they are coupled in an intricate dance of cues and feedback loops. He is focusing on a communication technique that he considers far superior to EEGs used with transcranial magnetic stimulation, is noninvasive and safe and requires no Internet connection. It is, of course, language.

Dadas las demandas radicales para el futuro potencial de la comunicacin cerebro a cerebro, es til para listar algunas de las cosas que no estn siendo reclamados. Hay, en primer lugar, ninguna implicacin de que los seres humanos poseen ninguna forma de telepata naturales (o sobrenatural); las tensiones que oscilan dentro de su crneo simplemente no son lo suficientemente fuertes como para ser ledo por otro cerebro sin mejora electrnica. Tampoco pueden seales (con cualquier tecnologa que poseemos o imaginan) pueden transmitir o recibir subrepticiamente, oa distancia. El funcionamiento de la mente son seguras, a menos que usted le da a alguien la clave mediante la presentacin de un implante o un EEG. Es, sin embargo, no es demasiado pronto para empezar a considerar las implicaciones ticas de los desarrollos futuros, tales como la capacidad de implantar pensamientos en otras personas o controlar su comportamiento (prisioneros, por ejemplo) mediante dispositivos diseados para esos fines. "La tecnologa est superando el discurso tico en este momento," Trimper de Emory, dice, "y ah es donde las cosas se ponen feas." Tengamos en cuenta que gran parte del trfico del cerebro en estos experimentos, y sin duda nada como visin Nicolelis 'de cientos o miles de cerebros trabajando juntos, implica la comunicacin a travs de Internet. Si te preocupa ahora acerca de alguien hackeo su informacin de tarjeta de crdito, cmo te sentiras sobre el envo de los contenidos de su mente en la nube? Hay otra pista, sin embargo, sobre el que se est estudiando la comunicacin cerebro a cerebro. Uri Hasson, un neurocientfico de Princeton, utiliza imgenes de resonancia magntica funcional para investigar cmo un cerebro influye en la otra, la forma en que se acoplan en una intrincada danza de seales y circuitos de retroalimentacin. l se centra en una tcnica de comunicacin que considera muy superior a EEG utilizados con la estimulacin magntica transcraneal, es no invasivo y seguro y no requiere conexin a Internet. Es, por supuesto, el lenguaje.