Una mujer con parálisis controla el cursor con la mente. Fuente: Universidad de Brown
Científicos de la Universidad de Brown, el Centro Médico Providence y el Hospital General de Massachusetts han demostrado que la interfaz cerebro computadora “BrainGate” sigue funcionando correctamente más de un millar de días después de su implante en el cuerpo de una mujer con tetraplejia, según un artículo publicado en la revista Journal of Neural Engineering.
La tecnología, bautizada como BrainGate, es una combinación de hardware y software capaz de detectar directamente las señales eléctricas producidas por las neuronas en el cerebro que controlan el movimiento. El sistema decodifica estas señales y las traduce en instrucciones digitales, por lo que podría hacer que personas con parálisis controlaran dispositivos externos tales como computadoras, aparatos de asistencia robótica o sillas de ruedas sólo con su mente.
El dispositivo utiliza un sensor del tamaño de una aspirina que está en contacto directo con el cerebro por un extremo y por el otro adherido a la piel del cráneo, posición desde la que recibe la alimentación eléctrica, las señales de control y transmite los datos a la interfaz del ordenador. Este tipo de implantes minimizan el riesgo de infección que supondría mantener una herida abierta en la piel del paciente. Por otro lado, aunque los sensores externos colocados en la superficie del cerebro o del cráneo también pueden leer la actividad neuronal, se cree que su precisión es mucho menor. Además, otros muchos prototipos de implantes cerebrales finalmente fracasaron debido a la humedad y otros peligros del medio interno.
Los investigadores del equipo multidisciplinar estadounidense llevan trabajando en este proyecto desde 2002. Actualmente el sistema está siendo evaluado mediante ensayos clínicos dirigidos por el doctor Leigh Hochberg, profesor asociado de Ingeniería en la Universidad de Brown, de Neurología en la Escuela de Medicina de Harvard e investigador de rehabilitación en el Centro Médico Providence.
La tecnología, bautizada como BrainGate, es una combinación de hardware y software capaz de detectar directamente las señales eléctricas producidas por las neuronas en el cerebro que controlan el movimiento. El sistema decodifica estas señales y las traduce en instrucciones digitales, por lo que podría hacer que personas con parálisis controlaran dispositivos externos tales como computadoras, aparatos de asistencia robótica o sillas de ruedas sólo con su mente.
El dispositivo utiliza un sensor del tamaño de una aspirina que está en contacto directo con el cerebro por un extremo y por el otro adherido a la piel del cráneo, posición desde la que recibe la alimentación eléctrica, las señales de control y transmite los datos a la interfaz del ordenador. Este tipo de implantes minimizan el riesgo de infección que supondría mantener una herida abierta en la piel del paciente. Por otro lado, aunque los sensores externos colocados en la superficie del cerebro o del cráneo también pueden leer la actividad neuronal, se cree que su precisión es mucho menor. Además, otros muchos prototipos de implantes cerebrales finalmente fracasaron debido a la humedad y otros peligros del medio interno.
Los investigadores del equipo multidisciplinar estadounidense llevan trabajando en este proyecto desde 2002. Actualmente el sistema está siendo evaluado mediante ensayos clínicos dirigidos por el doctor Leigh Hochberg, profesor asociado de Ingeniería en la Universidad de Brown, de Neurología en la Escuela de Medicina de Harvard e investigador de rehabilitación en el Centro Médico Providence.
El grupo de BrainGate también se dedica a la investigación avanzada del control de prótesis y de dispositivos de estimulación eléctrica funcional para las personas con lesión de la médula espinal.
Prueba de fuego
En un experimento realizado en 2008, una mujer identificada en el documento como S3 realizó dos tareas con su mente sólo pensando en mover el cursor de un ratón con la mano: apuntar y hacer clic. En ambos ejercicios acertó en el 90% de las ocasiones, a pesar de que algunos de los objetivos aparecían en la pantalla con el pequeño tamaño de un icono de menú de Microsoft Word.
En cada una de estas pruebas, S3 fue capaz de controlar el movimiento del cursor durante 10 minutos seguidos. En la primera de ellas, su misión consistía en mover el cursor con los objetivos dispuestos en círculo y en el centro de la pantalla, haciendo clic para seleccionar cada uno de ellos. La segunda de sus obligaciones era seguir y hacer clic en un objetivo que iba apareciendo de forma secuencial con diferentes tamaños en puntos aleatorios de la pantalla.
Tres años después, el mismo sujeto ha vuelto a someterse a estudio para demostrar que este dispositivo de control mental sigue funcionando, lo que constituye un paso fundamental en la historia de la neurociencia, como afirma el principal autor de la investigación, el doctor Hochberg en un comunicado de la citada universidad. “Que después de 1000 días una mujer que no tiene ningún control de sus miembros y es incapaz de hablar pueda manejar un cursor sobre una pantalla de ordenador sólo pensando en el movimiento intencionado de su mano, es todo un hito en nuestro campo”.
A pesar de ello, en la última prueba realizada a S3, durante 5 días consecutivos, se comprobó que el rendimiento del dispositivo no era el mismo que tres años antes. A los 33 meses de su implante, menos electrodos estaban grabando señales neuronales útiles que las registradas sólo seis meses después. Sin embargo, Hochberg asegura en el comunicado que no han aparecido pruebas de ninguna incompatibilidad fundamental entre el sensor y el cerebro. En cambio, parece que la calidad de la señal disminuye con el tiempo, lo que, según el investigador, se puede atribuir a la ingeniería o a problemas mecánicos o de procedimiento.
"Ninguno de nosotros estará plenamente satisfecho con un dispositivo de grabación intracortical hasta que pueda proporcionar décadas de señales útiles", añade. "Sin embargo, tengo la esperanza de que los progresos realizados en los sistemas de interfaz neuronal sea capaces, algún día, de proporcionar una mejor comunicación, movilidad e independencia para las personas con parálisis y mejorar el control de prótesis, aparatos robóticos y sistemas de estimulación eléctrica [aparatos que consiguen estimular miembros a las personas con lesión de la médula espinal cervical mediante el uso de electrodos], mientras los ingenieros continúan desarrollando cada vez mejores sensores implantables”.
Además de demostrar la alentadora longevidad del dispositivo BrainGate, el documento también presenta un avance importante en las formas de medición del rendimiento de una interfaz cerebro-ordenador.
Prueba de fuego
En un experimento realizado en 2008, una mujer identificada en el documento como S3 realizó dos tareas con su mente sólo pensando en mover el cursor de un ratón con la mano: apuntar y hacer clic. En ambos ejercicios acertó en el 90% de las ocasiones, a pesar de que algunos de los objetivos aparecían en la pantalla con el pequeño tamaño de un icono de menú de Microsoft Word.
En cada una de estas pruebas, S3 fue capaz de controlar el movimiento del cursor durante 10 minutos seguidos. En la primera de ellas, su misión consistía en mover el cursor con los objetivos dispuestos en círculo y en el centro de la pantalla, haciendo clic para seleccionar cada uno de ellos. La segunda de sus obligaciones era seguir y hacer clic en un objetivo que iba apareciendo de forma secuencial con diferentes tamaños en puntos aleatorios de la pantalla.
Tres años después, el mismo sujeto ha vuelto a someterse a estudio para demostrar que este dispositivo de control mental sigue funcionando, lo que constituye un paso fundamental en la historia de la neurociencia, como afirma el principal autor de la investigación, el doctor Hochberg en un comunicado de la citada universidad. “Que después de 1000 días una mujer que no tiene ningún control de sus miembros y es incapaz de hablar pueda manejar un cursor sobre una pantalla de ordenador sólo pensando en el movimiento intencionado de su mano, es todo un hito en nuestro campo”.
A pesar de ello, en la última prueba realizada a S3, durante 5 días consecutivos, se comprobó que el rendimiento del dispositivo no era el mismo que tres años antes. A los 33 meses de su implante, menos electrodos estaban grabando señales neuronales útiles que las registradas sólo seis meses después. Sin embargo, Hochberg asegura en el comunicado que no han aparecido pruebas de ninguna incompatibilidad fundamental entre el sensor y el cerebro. En cambio, parece que la calidad de la señal disminuye con el tiempo, lo que, según el investigador, se puede atribuir a la ingeniería o a problemas mecánicos o de procedimiento.
"Ninguno de nosotros estará plenamente satisfecho con un dispositivo de grabación intracortical hasta que pueda proporcionar décadas de señales útiles", añade. "Sin embargo, tengo la esperanza de que los progresos realizados en los sistemas de interfaz neuronal sea capaces, algún día, de proporcionar una mejor comunicación, movilidad e independencia para las personas con parálisis y mejorar el control de prótesis, aparatos robóticos y sistemas de estimulación eléctrica [aparatos que consiguen estimular miembros a las personas con lesión de la médula espinal cervical mediante el uso de electrodos], mientras los ingenieros continúan desarrollando cada vez mejores sensores implantables”.
Además de demostrar la alentadora longevidad del dispositivo BrainGate, el documento también presenta un avance importante en las formas de medición del rendimiento de una interfaz cerebro-ordenador.