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Los sistemas de interfaz cerebro-computadora

La habilidad para comunicarse con otras personas es una de las características principales del ser humano. A través de la comunicación es posible expresar ideas, deseos, sentimientos y desarrollarse en las actividades de la vida diaria. Las personas que se encuentran paralizadas, ya sea parcial o totalmente, debido a enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica, infarto cerebral o lesión medular no tienen las capacidades de comunicación mencionadas. En varias partes del mundo se están desarrollando novedosos sistemas con el objetivo de mejorar la calidad de vida de los pacientes con discapacidad motora. Se denominan sistemas de interfaz cerebro-computadora o BCI (Brain-Computer Interface, por sus siglas en inglés). La idea principal es capturar las manifestaciones eléctricas, magnéticas o de otro tipo de la actividad cerebral de los deseos de comunicación del usuario y traducirlas en órdenes que son interpretadas y ejecutadas por una computadora u otro dispositivo.

  1. Componentes de un sistema BCI:

En la figura 1 se puede observar el modelo funcional genérico al que podrían responder prácticamente la totalidad de los sistemas BCI.

1.1 Adquisición y acondicionamiento de la señal. Captura la actividad eléctrica cerebral mediante electrodos (colocados en el cuero cabelludo o implantados en la superficie de la corteza cerebral) y se acondiciona la señal para su procesamiento posterior mediante etapas de amplificación, filtrado y digitalización. En esta etapa se puede incluir un dispositivo de almacenamiento de datos.

1.2 Procesamiento de la señal. Recibe la señal eléctrica cerebral digitalizada y la transforma en comandos que entiende el dispositivo y que el usuario desea controlar. Este bloque se divide en tres etapas que actúan de forma secuencial.

1.3. Interfaz de control. Este bloque recibe los comandos de control y realiza las acciones correspondientes en el dispositivo. Puede incorporar una pantalla que proporcione retroalimentación al usuario.

1.4. Estimulador. Algunos sistemas incluyen un estimulador que es manejado por la interfaz de control. Señales de estimulación son enviadas al extractor de características para sincronizar la obtención de las mismas.

1.5. Configuración. Permite a un operador definir y ajustar los parámetros del sistema. El operador no tiene que ser una persona técnica, sino que puede ser el propio usuario o en el caso más deseable, algoritmos automáticos que ajustan el comportamiento del sistema en función de los resultados obtenidos y la retroalimentación del usuario.

1.6. Dispositivo. Existe un rango ilimitado de dispositivos que pueden ser usados en un sistema BCI, como computadoras, sintetizadores de voz, neuroprótesis y otros objetos en el ambiente del usuario como la televisión o encender o apagar la luz de la habitación. Estos dispositivos usualmente son físicos, pero también pueden ser virtuales.

1.7. Ambiente de operación. Se refiere al ambiente físico (paredes, piso, superficies, temperatura ambiente y ruido), así como a objetos y personas en el ambiente que afectan o pueden afectar en el funcionamiento del sistema.

2. Métodos para registrar la actividad cerebral

Las señales cerebrales pueden ser detectadas mediante varias técnicas que se pueden agrupar en dos categorías: en métodos basados en obtención de imágenes, como son la resonancia magnética funcional (fMRI), la tomografía por emisión de positrones (PET) y la espectroscopia por infrarrojo cercano funcional (fNIR), y en métodos basados en el registro de campos magnéticos, como la magnetoencefalografía (MEG) y campos eléctricos que pueden ser registrados en el cuero cabelludo (electroencefalografía, EEG), en la superficie cortical (electrocorticografía, ECoG), o dentro del cerebro (potenciales de acción neuronal). La adquisición de la mayoría de estas señales no es conveniente para la aplicación de las interfaces cerebro-computadora (BCI) debido a sus requerimientos técnicos complejos, el costo y las capacidades de tiempo real limitadas. Solamente el registro de campos eléctricos ha demostrado tener valor práctico para su uso clínico. Pero tanto la ECoG como el registro de potenciales de acción neuronal tienen la desventaja de ser métodos invasivos, por lo que se deben vigilar las reacciones adversas del tejido, garantizar la seguridad del paciente y la estabilidad en registros de largo plazo. A pesar de que los registros de EEG de superficie son susceptibles a contaminación debido a la actividad de electrooculografía o electromiografía de los músculos craneales, es el único método que ha demostrado tener ventajas debido a que no es invasivo, es simple y su costo es accesible. A la fecha existen pocos reportes de estudios de ECoG, y de personas que han tenido electrodos implantados intracorticalmente. La mayoría de los BCI intracorticales han sido obtenidos de estudios en monos [1].

En los actuales momentos (agosto 2020) el dueño de Tesla y SpaceX, Elon Musk, mantiene fija su mirada hacia el futuro, pues se encuentra desarrollando con la empresa Neuralink un chip que, implantado en el cráneo de humanos, permitiría solucionar problemas neurológicos e incluso hacer caminar de nuevo a personas con daños en la médula espinal.

El proyecto ha sido probado en dos cerdos:Gertrude y Dorothy, el primer de ellos tiene actualmente el implante, mientras que el segundo lo tuvo por dos meses.

Musk mostró al público cómo un computador mostraba la actividad cerebral del animal conectando con el dispositivo.

El chip mide 23 milímetros por ocho milímetros, además lo puede implantar un robot quirúrgico sin necesidad de dar anestesia general al paciente y se puede retirar y volver a poner si uno lo desea [2].

Es como un Fitbit en tu cráneo con cables», dijo Musk del aparato, el cual se comunica con las neuronas del cerebro a través de 1,024 electrodos que penetran las células cerebrales. El dispositivo tiene una conexión Bluetooth para conectarse a una computadora externa, aunque la empresa está considerando usar otra tecnología radial que pueda incrementar dramáticamente el número de conexiones de datos [3].

En el último avance difundido, la empresa aseguró que había hecho pruebas con un mono, que había sido capaz de controlar una computador con su cerebro.

Entre las capacidades potenciales de la interfaz cerebro-dispositivo de Neuralink está manejar un automóvil Tesla sólo con el pensamiento, jugar videojuegos, «salvar y reproducir recuerdos» o incluso hacer caminar de nuevo a personas con daños en la médula espinal.

Detalló que el implante también podría solucionar problemas como pérdida de memoria, pérdida de audición, depresión e insomnio [2].

Figura 1 Elementos de un sistema de interfaz cerebro-computadora.
Figura 2.  La conexión cerebral de Neuralink inserta electrodos en el cerebro.

[1] Josefina Gutiérrez-Martínez,Jessica Cantillo-Negrete,Rubén I Cariño-Escobar, David Elías-Viñas. Los sistemas de interfaz cerebro-computadora: una herramienta para apoyar la rehabilitación de pacientes con discapacidad motora. Investigación en discapacidad, Vol. 2, Núm. 2 Mayo-Agosto 2013 pp 62-69.

[2] https://www.elsoldemexico.com.mx/doble-via/ciencia

[3] https://www.cnet.com/es/noticias/neuralink-musk-muestra-como-funciona-la-interfaz-cerebral-en-un-cerdo/

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