Una interfaz cerebro-máquina permite controlar prótesis con la mente

Un equipo de investigadores de la Universidad de Houston (UH), en Estados Unidos, ha creado un algoritmo que supone un importante avance en el desarrollo neuroprotésico, al demostrar por primera vez el control de una mano biónica mediante sistemas no invasivos. El software ha permitido a un hombre amputado coger objetos como una botella con una mano protésica impulsada únicamente por la mente.

Según explica la UH en un comunicado, la herramienta se basa en la monitorización cerebral no invasiva. Esto supone una captura de la actividad del cerebro para determinar qué partes están involucradas en la sujeción de un objeto. Con esa información, los investigadores crearon un programa de ordenador o interfaz cerebro-máquina (BMI, en inglés brain-machine interface) que aprovecha la intención del sujeto y le permite coger cosas con éxito.

En concreto, el software se puso en práctica en un hombre de 56 años cuya mano derecha había sido amputada, sustituida por una mano biónica de alta tecnología colocada en su muñón. De esta forma fue capaz de coger objetos como una botella de agua o incluso una tarjeta de crédito, y además con buenos resultados, pues a pesar de encontrarse en nivel experimental alcanzó una tasa de acierto del 80 por ciento.

Un porcentaje similar al de estudios previos, aunque mucho menos invasivo, pues los anteriores recurrían a electrodos implantados quirúrgicamente o al control mioeléctrico, basado en señales eléctricas transmitidas desde los músculos hasta la epidermis.

BMI y EGG

José Luis Contreras-Vidal, neurocientífico e ingeniero en la UH, destaca las ventajas que ofrece este método no invasivo, ya que evita los riesgos que supone una implantación de electrodos quirúrgicamente, utilizando por contra la electroencefalografía (EEG) para medir la actividad bioeléctrica cerebral.

Asimismo indica que los sistemas mioeléctricos no son una opción para cualquiera, ya que requieren que la actividad neural de los músculos principales que intervienen en el movimiento de agarre permanezcan intactos.

Los resultados del estudio, publicados en Frontiers in Neuroscience, revista especializada en enfermedades neurodegenerativas y neurociencia, demuestran por primera vez el control de una mano biónica a través de un sistema no invasivo que aúna BMI y EEG, además de abrir el camino a la mejora de las prótesis.

Para llevarlo a cabo se trabajó con cinco voluntarios, hombres y mujeres sanos y diestros, en torno a 20 años, así como el amputado. Se pusieron a prueba utilizando un EEG activo de 64 canales, con electrodos colocados en el cuero cabelludo para capturar la actividad cerebral.

Según Contreras-Vidal, la actividad cerebral se registró en varias áreas, incluyendo la corteza motora y áreas conocidas por su uso en observación de la acción y la toma de decisiones. Se produjo entre 50 y 90 milisegundos antes de que la mano comenzara a agarrar, lo que demuestra que el cerebro predice el movimiento, en lugar de reflejarlo.

Primero registraron la actividad cerebral y el movimiento de la mano de los voluntarios sanos mientras cogían cinco objetos, cada uno elegido para ilustrar un tipo diferente de comprensión: una lata de refresco, un disco compacto, una tarjeta de crédito, una pequeña moneda y un destornillador. Con los datos registrados se crearon decodificadores de actividad neural en señales motoras, con las cuales se reconstruyeron a su vez los movimientos de agarre.

Después equiparon al paciente con una mano neuroprotésica dirigida por ordenador y le pidieron que se imaginara a sí mismo controlándola mientras la movía y sujetaba los objetos. Los datos del EEG del sujeto, junto con la información de los movimientos de las manos de los voluntarios sanos se utilizó como base para construir el algoritmo.

Usos y mejoras

"Las neuroprótesis actuales restauran cierto grado de capacidad funcional, pero no se acercan a la facilidad de uso ni a la destreza de la mano natural, especialmente para conseguir el movimiento necesario para cualquier actividad diaria", relatan los investigadores. A ello suman los riesgos inherentes asociados a una cirugía, en este caso cerebral.

Por contra, este método no invasivo permite el control independiente de los dedos usando únicamente su mente. De otro lado, consideran que su trabajo mejora la comprensión de la neurociencia y que podrá aplicarse a la rehabilitación de otro tipo de lesiones, incluido el accidente cerebrovascular y la lesión de médula espinal.

Contreras-Vidal asegura que la práctica, junto con el perfeccionamiento del algoritmo, podría aumentar la tasa de éxito hasta el 100 por cien.