Lo que necesita saber sobre la tecnología controlada por la mente

Fuente: Thinkstock

Controlar un objeto o un videojuego con la mente suena como algo sacado de una película de ciencia ficción, pero los dispositivos que traducen las ondas cerebrales en comandos que controlan una computadora ya son una realidad. La tecnología controlada por la mente utiliza una interfaz cerebro-computadora para establecer una vía de comunicación entre el cerebro del usuario y un dispositivo externo. Tiene el potencial de aumentar o incluso reparar la audición, la vista o el movimiento dañados de los pacientes. Los sensores EEG se han incorporado a los sistemas de juego que permiten al jugador controlar lo que sucede en la pantalla con un auricular, los exoesqueletos controlados por EEG traducen las señales cerebrales de los usuarios en movimientos, y los electrodos implantados permiten a los pacientes controlar las extremidades biónicas.



La tecnología controlada mental en la que los investigadores están trabajando hoy comenzó en la década de 1920, cuando los investigadores descubrieron la actividad eléctrica del cerebro humano y desarrollaron la electroencefalografía (EEG), la práctica de registrar esa actividad eléctrica a lo largo del cuero cabelludo. Los investigadores descubrieron que las neuronas transmiten información a través de 'picos' eléctricos, que se pueden registrar con un cable de metal delgado o electrodo. En 1969, un investigador llamado Eberhard Fetz había conectado una sola neurona en el cerebro de un mono a un dial que el animal podía ver. El mono aprendió a hacer que la neurona se disparara más rápido para mover el dial para obtener una recompensa, y aunque Fetz no se dio cuenta en ese momento, había creado la primera interfaz cerebro-máquina.



Hace 30 años, los fisiólogos comenzaron a registrar muchas neuronas en animales y descubrieron que mientras toda la corteza motora se ilumina con señales eléctricas cuando un animal se mueve, una sola neurona tiende a dispararse más rápido en relación con ciertos movimientos. Si registra señales de suficientes neuronas, puede tener una idea aproximada del movimiento que una persona está haciendo o tiene la intención de hacer. Los investigadores desarrollaron algoritmos para reconstruir los movimientos de las neuronas de la corteza motora, y en la década de 1980 Apostolos Georgopoulos encontró una relación entre la respuesta eléctrica de las neuronas individuales y la dirección en la que movían los brazos. Desde mediados de la década de 1990, los investigadores han podido capturar señales complejas de la corteza motora registradas de grupos de neuronas y usarlas para controlar dispositivos electrónicos, creando interfaces cerebro-computadora que permiten lo que llamaríamos tecnología controlada por la mente.

Si bien el EEG se ha convertido en una forma prometedora para que los pacientes paralizados controlen dispositivos como computadoras o sillas de ruedas, al usar una gorra y recibir capacitación para aprender a controlar un dispositivo como una silla de ruedas al imaginar que están moviendo una parte de su cuerpo o disparando comandos con tareas mentales específicas: la Revisión Tecnológica del MIT informó en 2010 que algunos investigadores han notado que el EEG tiene una precisión limitada y puede detectar un número limitado de comandos. Mantener ejercicios mentales mientras intenta maniobrar una silla de ruedas en un entorno complejo puede ser agotador, y la concentración requerida crea señales más ruidosas que pueden ser más difíciles de interpretar para una computadora. Entonces, algunos están experimentando con el control compartido, que combina el control del cerebro con la inteligencia artificial para otra técnica que puede ayudar a convertir señales cerebrales crudas en comandos más complicados. Con el control compartido, los pacientes necesitarían instruir continuamente a una silla de ruedas para avanzar. Solo tendrían que pensar el comando una vez, y el software se haría cargo de allí.



El año pasado, MIT’s Technology Review informó sobre un estudio en el que una mujer paralizada utilizó su mente para controlar un brazo robótico. Jan Scheuermann, una mujer diagnosticada con una enfermedad llamada degeneración espinocerebelosa, se sometió a una cirugía cerebral en la cual los médicos usaron una pistola de aire para disparar dos camas de agujas de silicio, llamadas matriz de electrodos de Utah, en su corteza motora, la delgada tira de cerebro que corre sobre la parte superior de la cabeza a las mandíbulas y controla el movimiento voluntario. Los implantes le permiten enchufarla a un brazo robótico que controla con su mente en la Universidad de Pittsburgh, donde él lo usa para mover bloques, apilar conos o dar choca esos cinco.

La matriz de electrodos de Utah registra desde pequeñas poblaciones de neuronas para proporcionar señales para una interfaz cerebro-computadora. En una matriz de Utah, las señales solo se reciben desde las puntas de cada electrodo, lo que limita la cantidad de información que se puede obtener a la vez. Pero los 192 electrodos en los implantes de Scheuermann han registrado más de 270 neuronas simultáneamente, que es la más medida en un solo momento desde el cerebro de un humano.

Los investigadores en el caso de Scheuermann demostraron sus habilidades con la Prueba de brazo de investigación de acción, utilizando el mismo kit de bloques de madera, canicas y tazas que los médicos usan para evaluar la destreza de las manos. Ella obtuvo 17 de 57, casi tan bien como alguien con un derrame cerebral severo, mientras que sin el brazo robótico, habría obtenido un cero. Pero algunas de las deficiencias de la tecnología se han vuelto evidentes, y el control del brazo se ha vuelto más difícil a medida que los implantes dejan de grabar con el tiempo. El cerebro es un entorno hostil para la electrónica, y los movimientos de la matriz pueden acumular tejido cicatricial con el tiempo. Con el tiempo, se pueden detectar menos neuronas.



Scheuermann es uno de los aproximadamente 15 a 20 pacientes paralizados en estudios a largo plazo de implantes que pueden transmitir información desde el cerebro a una computadora. Otros nueve se han sometido a pruebas similares en un estudio relacionado, llamado BrainGate, y cuatro pacientes 'encerrados', que no pueden moverse ni hablar, han recuperado cierta capacidad de comunicarse gracias a un tipo diferente de electrodo desarrollado por una compañía llamada Neural. Señales

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En 2011, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos dijo que aflojaría sus reglas para probar 'tecnologías verdaderamente pioneras' como las interfaces cerebro-máquina, y más investigadores han emprendido experimentos en humanos. Los investigadores de Caltech quieren dar a un paciente 'control autónomo sobre el sistema operativo de la tableta Google Android', y un equipo de la Universidad Estatal de Ohio, en colaboración con la firma de investigación y desarrollo Battelle, tiene la intención de utilizar las señales cerebrales de un paciente para controlar los estimuladores conectados a su Arme en un proceso que Battelle describe como 'reanimar una extremidad paralizada bajo control voluntario por los pensamientos de los participantes'.

Estos estudios se basan en el hecho de que registrar la actividad eléctrica de unas pocas docenas de células en el cerebro puede proporcionar una imagen bastante precisa de cómo alguien intenta mover una extremidad, y gran parte de la tecnología aún es experimental. John Donoghue, neurocientífico de la Universidad de Brown que dirige el estudio BrainGate, compara las interfaces cerebro-máquina de hoy en día con los primeros marcapasos, que dependían de carros de electrónica y cables usados ​​perforados a través de la piel hacia el corazón. Algunos fueron accionados manualmente. Donoghue explica: 'Cuando no sabes lo que está sucediendo, mantienes lo máximo posible en el exterior y lo mínimo posible en el interior'. Los marcapasos de hoy en día son autónomos, funcionan con una batería de larga duración y instalado en el consultorio de un médico, y Donoghue dice que las interfaces cerebro-máquina están comenzando una trayectoria similar.

Los científicos han construido mejores y mejores decodificadores (software para interpretar señales neuronales) a lo largo de los años, lo que les ha permitido experimentar con esquemas de control más ambiciosos. Los investigadores necesitan crear una interfaz que dure 20 años. Resolver ese problema permitiría a miles de pacientes controlar sillas de ruedas, cursores de computadora o incluso sus propias extremidades. Los investigadores están trabajando para desarrollar electrodos ultrafinos, crear versiones que sean más compatibles con el cuerpo humano o crear láminas de electrónica flexible que puedan envolver la parte superior del cerebro.

Los nuevos dispositivos médicos deberán ser seguros, útiles y económicamente viables, requisitos que las interfaces cerebro-máquina no cumplen actualmente. Todavía no está claro exactamente qué forma debe tomar un producto potencial. El producto de alto nivel que la mayoría de los investigadores tienen en mente es una tecnología que facilitaría la vida de los tetrapléjicos. Pero solo hay unos 40,000 pacientes en los EE. UU. Con cuadriplejia completa, y menos con ALS avanzada. Pero algunos piensan que la tecnología puede tener aplicaciones más amplias, como ayudar a rehabilitar pacientes con accidente cerebrovascular. Y algunas tecnologías de grabación podrían ser útiles para comprender enfermedades psiquiátricas, como la depresión o el trastorno obsesivo compulsivo.

Es posible que mejorar las interfaces cerebro-computadora implicará mejorar no solo la tecnología, sino también el cerebro de las personas que la utilizan. En septiembre, un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Minnesota descubrió que las personas que practican yoga y meditación a largo plazo pueden aprender a controlar una computadora con sus mentes de manera más rápida y eficiente que las personas con poca o ninguna experiencia en yoga o meditación. Como informó Science Daily en ese momento, el estudio involucró a 36 participantes: 24 que tenían poca o ninguna experiencia en yoga o meditación, y 12 que tenían al menos un año de experiencia en la práctica de yoga o meditación al menos dos veces por semana durante una hora.

Ambos grupos de participantes eran nuevos en los sistemas que usan el cerebro para controlar una computadora, y ambos participaron en tres experimentos de dos horas en los que usaron una gorra 'de alta tecnología, no invasiva' que detectó la actividad cerebral. Se les pidió que movieran el cursor de una computadora por una pantalla imaginando movimientos de la mano izquierda o derecha. Los investigadores descubrieron que los participantes con experiencia en yoga o meditación tenían el doble de probabilidades de completar la tarea de interfaz cerebro-computadora al final de 30 ensayos, y aprendieron tres veces más rápido que sus contrapartes para experimentos con el movimiento del cursor izquierda-derecha .

El investigador principal del estudio fue Bin He, profesor de ingeniería biomédica en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Minnesota y director del Instituto de Ingeniería en Medicina de la Universidad, que llamó la atención internacional en 2013, cuando los miembros de su equipo de investigación pudieron para controlar un robot volador con sus mentes. Sin embargo, descubrieron que no todos pueden aprender tan fácilmente a controlar una computadora con sus cerebros, y muchos no tuvieron éxito incluso después de múltiples intentos.

El siguiente paso para Él y su equipo de investigación es estudiar un grupo de participantes a lo largo del tiempo que practican yoga o meditación por primera vez, para ver si mejora su capacidad para controlar la interfaz cerebro-computadora. 'Nuestro objetivo final es ayudar a las personas que están paralizadas o que tienen enfermedades cerebrales a recuperar la movilidad y la independencia', dijo. 'Necesitamos analizar todas las posibilidades para mejorar la cantidad de personas que podrían beneficiarse de nuestra investigación'.

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