Un brazo robótico mejora el control mental sobre la interfaz cerebro-máquina

La interfaz máquina-cerebro es una tecnología que permite comunicar el cerebro humano con una máquina, un equipo o un ordenador. Esta técnica tiene un especial interés para personas paralizadas, ya que podría permitirles mover objetos utilizando sólo el pensamiento.

Hasta el momento, se ha conseguido, por ejemplo, que estos dispositivos permitan mover un cursor en pantalla o un brazo robótico externo a partir de la información que se desprende del movimiento de los ojos de los usuarios.

Dispositivos robóticos portátiles

Ahora, un equipo de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, ha ideado una fórmula para mejorar el control humano sobre las interfaces cerebro-máquina, que consiste en añadir a éstas un brazo robótico que proporciona retroalimentación sensorial al usuario.

Según publica la Universidad de Chicago en un comunicado, el brazo robótico aportaría a quien lo llevase información quinestética, es decir, información acerca del movimiento y la posición en el espacio de sus extremidades.

Gracias a él, los investigadores consiguieron aumentar el rendimiento de monos en su uso de una interfaz máquina-cerebro.

Según uno de los desarrolladores de la tecnología, el profesor de neurociencia computacional de la Universidad de Chicago, Nicholas Hatsopoulos en el futuro podría incorporarse este “sentido artificial” en el desarrollo de dispositivos robóticos portátiles para pacientes con trastornos motores.

Mejora del control

En experimentos realizados, se hizo que un grupo de monos controlaran un cursor en pantalla, a través de un dispositivo que traducía en movimientos de cursor la actividad neuronal de la corteza motora primaria de sus cerebros.

A los monos se les colocó un exoesqueleto robótico con forma de manga de camisa que movía uno de sus brazos, al mismo tiempo que los monos movían el cursor. Una vez incorporado este exoesqueleto, la capacidad de control de los monos sobre el cursor aumentó: los animales comenzaron a alcanzar objetivos a mayor velocidad y por caminos más directos que sin el exoesqueleto.

Según Hatsopoulos, “hemos constatado una mejora del 40% en el control de la mente sobre el cursor cuando el exoesqueleto movía el brazo de los monos”.

Esta mejora podría suponer una diferencia muy significativa para las actividades cotidianas realizadas por un paciente paralizado y equipado con un sistema como éste, afirma el investigador.

Información sensorial necesaria

Cuando una persona mueve su brazo o su mano, utiliza una retroalimentación sensorial llamada propiocepción, que informa al organismo de la posición de los músculos o de partes corporales contiguas. La propiocepción regula la dirección y rango de movimiento, permite reacciones y respuestas automáticas, interviene en el desarrollo del esquema corporal y en la relación de éste con el espacio, sustentando la acción motora planificada.

Otras funciones en las que actúa con más autonomía son el control del equilibrio, la coordinación de ambos lados del cuerpo, el mantenimiento del nivel de alerta del sistema nervioso central y la influencia en el desarrollo emocional y del comportamiento.

Por ejemplo, si vamos a coger una taza de café, las neuronas sensoriales del brazo o de la mano envían información de vuelta al cerebro sobre las posiciones de nuestras extremidades y su movimiento.

Para las personas cuyas neuronas sensoriales han muerto y que, por tanto, no cuentan con retroalimentación sensorial, la ejecución de tareas motoras muy básicas llega a suponer una dificultad excepcional.

Pruebas realizadas con interfaces cerebro-máquinas a individuos parapléjicos han demostrado que éstos presentan, además, dificultades similares para mover el cursor de un ordenador o un brazo robótico sólo con claves visuales: la propiocepción también es importante para realizar movimientos sólo con la mente.

Por eso, si un brazo robótico puede ayudarles a que esa retroalimentación sensorial les siga llegando, como se hizo en el caso de los monos, mejorará su capacidad para mover objetos mentalmente.

Quién se beneficiaría

Según explica Hatsopoulos, antes se pensaba que “las señales procedían del cerebro y salían para controlar el brazo”. Sólo más recientemente, los investigadores se han dado cuenta de que dichas señales deben hacer un movimiento con forma de “lazo”, y que la información ha de volver de nuevo al cerebro para asegurar la capacidad de interactuar con el medio.

En sus experimentos, los investigadores pudieron medir los efectos de los movimientos del exoesqueleto y de la retroalimentación sensorial en la actividad del cerebro de los monos: con la propiocepción facilitada con el brazo robótico, aumentó la información en los patrones de activación celular de la corteza motora primaria, con respecto a las pruebas realizadas sólo con retroalimentación sensorial visual.

Hastopoulos afirma que esta mejora debería ser considerada en el diseño de la próxima generación de interfaces cerebro-máquina. Actualmente, los científicos están desarrollando diferentes tipos de robots portátiles destinados a aumentar las habilidades naturales de las personas.

La combinación de un decodificador de actividad cortical y de un exoesqueleto robótico para el brazo y la mano podría servir, además, para un doble propósito: permitir que una persona paralizada mueva su extremidad, al tiempo que se le proporciona retroalimentación sensorial.

Para poder beneficiarse de esta solución, las personas paralizadas deberán conservar algún resto de información sensorial en sus extremidades, a pesar de la pérdida de la función motora.

Esta situación se da a menudo, particularmente en pacientes con ELA (Esclerosis Amiotrófica Lateral), síndrome de enclaustramiento o lesión parcial de espina dorsal. Los resultados de esta investigación han aparecido detallados en The Journal of Neuroscience.