Consiguen que un paciente con parálisis controle un dron virtual con el cerebro: "Podremos conducir el coche con la mente"

Matthew Willsey se licenció en el MIT en ingeniería eléctrica pero desde el principio se especializó en procesamiento digital de señales. Después estudió en escuela de medicina de Baylor y completó su residencia en neurocirugía en la Universidad de Michigan para luego hace un doctorado en ingeniería biomédica. Toda esta formación le ha llevado a especializarse en lo que se llama "interfaces intracorticales cerebro-ordenador". "En esencia", explica a esta emisora, "son pequeñas prótesis implantadas quirúrgicamente en áreas concretas del cerebro para poder conectar con ordenadores y otras máquinas".

La última que ha creado puede "detectar y decodificar los movimientos de los dedos en una persona con parálisis permitiéndole controlar un dron que vuela en un videojuego". Lo ha publicado en Nature Medicine.

Willsey y su equipo lo describen como una "interfaz cerebro-computadora capaz de registrar continuamente los patrones de actividad eléctrica de múltiples neuronas en el cerebro para traducir movimientos complejos". Lo desarrollaron y probaron mientras realizaba una investigación en la Universidad de Stanford junto a Jaimie Henderson, que dirige el laboratorio de investigación del centro en esta materia.

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Se le ha implantado en el cerebro a un paciente con parálisis en las extremidades. Concretamente, se le ha instalado en la circunvolución precentral izquierda, la región de nuestro organo superior responsable del control del movimiento de la mano.

El doctor ha respondido a algunas preguntas de la SER desde Michigan.

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¿En qué consiste su interfaz?

Hemos creado una interfaz cerebro-computadora que controla los dedos en una mano virtual para una persona que no puede usar los dedos en su propia mano física.

¿Es un implante dentro del cerebro de una persona real?

Sí. Tuvimos el privilegio de trabajar con un participante de investigación humano con parálisis por una lesión de la médula espinal. Su lesión le dejó incapaz de usar sus brazos o piernas porque el camino entre su cerebro y sus extremidades estaba dañado.

Se le colocaron quirúrgicamente rejillas de electrodos muy pequeños, llamados microelectrodemas. 192 electrodos en total en ambas matrices, en las áreas motoras del cerebro que se sabe que están involucradas con el movimiento de la mano y el brazo.

¿Y qué hacen esos electrodos?

Son capaces de registrar la actividad eléctrica del cerebro, concretamente de las neuronas cercanas. La señal eléctrica pasa a través de cables que se conectan a una base que está anclada al cráneo, a través de la piel. La parte de esa base fuera del cuerpo se puede conectar mediante un adaptador a un cable que conecta la señal con un ordenador. Usando algoritmos de IA podemos entender cómo el participante "piensa" en mover los dedos en su mano.

¿Y luego usan esa información para controlar unos dedos virtuales?

Eso así. Específicamente lo que ves en los videos: un avatar de mano en la pantalla de una computadora. Hemos podido mapear la posición de los grupos de dedos como señal de control para un dron virtual que se puede controlar con cuatro grados de libertad, es decir, adelante/atrás, izquierda/derecha, arriba/abajo, y girar a la izquierda/girar a la derecha.

¿Qué existía hasta ahora en este campo?

La mayoría de las interfaces cerebro-computadora anteriores dirigidas a la restauración motora se centran en el control de un cursor de computadora 2D o un brazo robótico para alcanzar y agarrar.

Sin embargo, a menudo empleamos el uso de nuestros dedos para muchas funciones importantes, como tocar un instrumento musical, manipular objetos pequeños como los botones de nuestras camisas, escribir o jugar un videojuego con un mando. Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de control continuo de alto rendimiento de tres grupos de dedos en una mano, de los cuales controlamos el pulgar en dos dimensiones.

¿Cómo funciona?

La interfaz cerebro-computadora entiende cómo el participante está tratando de mover sus dedos de la actividad neuronal registrada desde el cerebro. Para ello, tuvimos que tomar un algoritmo que habíamos desarrollado previamente, modificarlo para su uso en personas con parálisis, y encontrar una solución al reto de calibrar este algoritmo para que el sistema pudiera leer, desde el cerebro, los movimientos previstos para múltiples dedos individualizados. Este entrenamiento es especialmente difícil cuando el usuario no puede producir estos movimientos con sus propios dedos.

¿Cómo calibraron el algoritmo?

Tuvimos que determinar la relación entre la actividad neuronal y los movimientos complejos de los dedos cuando las personas no pueden mover sus dedos físicos. Para determinar esta relación, lo que se hace comúnmente en nuestro campo es hacer suposiciones sobre lo que una persona está tratando de hacer en función del objetivo de la tarea de entrenamiento. Sin embargo, esto no es tan fácil cuando necesitamos aprender la relación para múltiples movimientos simultáneos de los dedos, por lo que tuvimos que comenzar con tareas más simples y luego aumentar la complejidad.

¿En cuántas personas se ha probado?

Actualmente es un dispositivo en fase de investigación. Hemos demostrado la viabilidad en un solo participante humano, aunque más de treinta personas en los EE.UU. han tenido implantes crónicos con electrodos similares. He puesto en marcha un laboratorio de interfaz cerebro-ordenador humano en la Universidad de Michigan y estoy trabajando en el proceso regulatorio para continuar este y otros trabajos similares en mi nueva institución.

¿Es esta la primera vez que un dron ha sido controlado, incluso en un videojuego, con la mente?

Otros grupos han analizado el control de videojuegos, simulaciones de vuelo o cuadricópteros; sin embargo, somos los primeros en controlar el cuadricóptero virtual con un BCI que utiliza movimientos de los dedos. La intuición que teníamos es la siguiente: al igual que las personas sin debilidad usan sus dedos para manipular un controlador de videojuegos, un BCI que controla los dedos sería perfecto para permitir el juego de videojuegos a personas con parálisis.

Comparamos nuestro cuadricóptero virtual controlado por BCI de dedo, que utiliza un modelo basado en la física para el cuadricóptero, con un informe anterior de un cuadricóptero físico controlado por electroencefalografía (EEG), donde los electrodos no se colocan en el cerebro, sino en la superficie de la cabeza. La comparación de los resultados sugiere que se puede lograr una mejora de más de 6 veces en el rendimiento con nuestro sistema. Creemos que la clave de este aumento del rendimiento es que nuestro sistema era capaz de controlar múltiples movimientos individuales de los dedos que podrían usarse para controlar el cuadricóptero.

¿Algún día seremos capaces de hacer que las máquinas se muevan con nuestros pensamientos? Por ejemplo... ¿Seremos capaces de conducir un coche?

Creo que esto eventualmente será posible. Estamos en un punto en el que somos capaces de leer los movimientos motores intencionados del cerebro y utilizar esta información para crear una señal de control. Entonces podríamos hacer que las máquinas, como un cuadricóptero o un automóvil, se movieran con nuestros pensamientos.

¿A dónde nos lleva su descubrimiento?

A corto plazo, este trabajo podría mejorarse con el desarrollo de algoritmos mejorados o con dispositivos totalmente implantables que puedan colocar más electrodos en el cerebro. Nuestro objetivo a largo plazo es restaurar el movimiento de todo el cuerpo para las personas con parálisis.

¿y cómo podría hacerse?

Podría lograrse de varias maneras. Por ejemplo, con el control de un avatar digital de cuerpo entero, un robot humanoide de cuerpo completo, o posiblemente mediante la reanimación del propio cuerpo a través de otras tecnologías que pueden estimular los músculos, los nervios y la médula espinal.