Recientemente, una conexión entre el cerebro y una computadora permitió a personas con debilidad grave en las extremidades escribir mediante el control directo del cerebro, con las mayores velocidades y niveles de precisión registrados hasta la fecha.
Dos de los participantes tienen esclerosis lateral amiotrófica, también llamada enfermedad de Lou Gehrig, y uno tiene una lesión de la médula espinal.
A cada uno le implantaron en el cerebro una o dos matrices de electrodos del tamaño de una aspirina infantil para registrar las señales de la corteza motora, una región que controla el movimiento muscular. Las señales se transmitían a una computadora por cable y unos algoritmos las traducían en comandos de señalar y hacer clic que guiaban un cursor hacia los caracteres de un teclado en pantalla.
Tras un entrenamiento mínimo, cada participante dominó la técnica lo suficiente como para superar los resultados de cualquier prueba anterior de interfaces cerebro-computadora, o BCI por sus siglas en inglés, destinadas a mejorar la comunicación de personas con una movilidad igualmente limitada. Cabe destacar que alcanzaron esas velocidades de escritura sin usar la asistencia de autocompletado de palabras, habitual hoy en las aplicaciones de teclado electrónico y que probablemente habría mejorado su rendimiento.
Un participante, Dennis Degray, de Menlo Park, California, logró escribir 39 caracteres correctos por minuto, equivalente a unas ocho palabras por minuto.
Según los investigadores, este método de señalar y hacer clic podría aplicarse a diversos dispositivos informáticos, incluidos teléfonos inteligentes y tabletas, sin modificaciones sustanciales. Sus hallazgos aparecen en la revista eLife.
«El éxito de nuestro estudio marca un hito importante en el camino hacia la mejora de la calidad de vida de las personas con parálisis», afirma Jaimie Henderson, profesor de neurocirugía de la Universidad de Stanford, quien realizó dos de los tres procedimientos de implantación de dispositivos en el Hospital de Stanford. El tercero se llevó a cabo en el Hospital General de Massachusetts.
«Este estudio registra la mayor velocidad y precisión hasta ahora, tres veces superiores a las demostradas anteriormente», afirma Krishna Shenoy, coautor principal y profesor de ingeniería eléctrica. «Nos acercamos a la velocidad con la que se puede escribir texto en el celular».
«El rendimiento es realmente emocionante», afirma Chethan Pandarinath, antiguo investigador posdoctoral que ahora ocupa un cargo conjunto en la Universidad Emory y el Instituto de Tecnología de Georgia como profesor adjunto de ingeniería biomédica. «Estamos logrando tasas de comunicación que muchas personas con parálisis de brazos y manos encontrarían útiles. Ese es un paso fundamental para crear dispositivos que puedan ser adecuados para su uso en el mundo real».
El laboratorio de Shenoy fue pionero en los algoritmos utilizados para descodificar las complejas ráfagas de señales eléctricas que emiten las células nerviosas de la corteza motora, el centro de mando del cerebro para el movimiento, y convertirlas en tiempo real en acciones que normalmente ejecutan la médula espinal y los músculos.
«El uso de estos algoritmos BCI de alto rendimiento en ensayos clínicos con personas demuestra el potencial de esta clase de tecnología para restablecer la comunicación de las personas con parálisis», afirma el investigador posdoctoral Paul Nuyujukian.
«Estaba sacando la basura bajo la lluvia»
Millones de personas con parálisis viven en Estados Unidos. A veces, la parálisis aparece gradualmente, como ocurre con la ELA. Otras veces, llega de forma repentina, como en el caso de Degray.
Ahora de 64 años, Degray quedó tetrapléjico el 10 de octubre de 2007, cuando se cayó y sufrió una lesión medular que le cambió la vida. «Estaba sacando la basura bajo la lluvia», contó. Llevaba la basura en una mano y los materiales reciclables en la otra; resbaló en el césped y cayó de barbilla. El impacto no dañó su cerebro, pero lesionó gravemente su columna, interrumpiendo toda comunicación entre el cerebro y la musculatura desde el cuello hacia abajo. «No tengo nada funcionando por debajo de las clavículas», afirma.
Henderson le implantó dos dispositivos a Degray en agosto de 2016. En varias sesiones de investigación posteriores, se animó a Degray y a los otros dos participantes del estudio, que se sometieron a cirugías similares, a intentar o visualizar patrones de movimientos deseados de brazos, manos y dedos. Los dispositivos de registro implantados extraían electrónicamente las señales neuronales resultantes de la corteza motora, las transmitían a una computadora y los algoritmos de Shenoy las traducían en comandos que dirigían un cursor por un teclado en pantalla hasta los caracteres indicados por cada participante.
El rápido zorro marrón…
Los investigadores midieron la velocidad a la que los pacientes podían copiar correctamente frases y oraciones; por ejemplo: «El rápido zorro marrón saltó sobre el perro perezoso». Las velocidades promedio fueron de 7,8 palabras por minuto para Degray y de 6,3 y 2,7 palabras por minuto, respectivamente, para los otros dos participantes.
El sistema experimental usado en el estudio, una interfaz cerebro-computadora intracortical llamada BrainGate Neural Interface System, representa la generación más reciente de BCI. Las generaciones anteriores captaban las señales primero mediante electrodos colocados en el cuero cabelludo y, posteriormente, mediante electrodos colocados quirúrgicamente en la superficie del cerebro, debajo del cráneo.
Una BCI intracortical usa un diminuto chip de silicio, de poco más de un sexto de pulgada cuadrada, del que sobresalen 100 electrodos que penetran en el cerebro hasta una profundidad aproximadamente igual al grosor de una moneda de 25 centavos y captan la actividad eléctrica de células nerviosas individuales de la corteza motora.
Henderson comparó la mayor resolución de la detección neuronal obtenida, frente a la de las BCI de generaciones anteriores, con entregar medidores de aplausos a cada integrante del público de un estudio de televisión en vez de colocarlos simplemente en el techo, «para poder saber con qué fuerza y a qué velocidad aplaude cada persona del público».
Sistema inalámbrico disponible las 24 horas del día, los 7 días de la semana
Llegará el día —más cerca de dentro de cinco años que de diez, predice Shenoy— en que se podrá usar, sin ayuda de un cuidador, un sistema inalámbrico totalmente implantado y de autocalibración que no tenga impacto estético y pueda utilizarse las 24 horas del día.
«No veo ningún desafío insuperable», afirma. «Sabemos qué pasos debemos dar para conseguirlo».
Degray, que sigue participando activamente en la investigación, sabía escribir a máquina antes del accidente, pero no era ningún experto. Describió su recién descubierta destreza con el lenguaje de un aficionado a los videojuegos.
«Es como uno de los videojuegos más geniales que he podido jugar», afirma. «Y ni siquiera tengo que poner una moneda de 25 centavos».
Christine Blabe, asistente de investigación de Stanford, también es coautora del estudio, al igual que investigadores de BrainGate del Hospital General de Massachusetts y de la Universidad Case Western.
La financiación provino de los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Asuntos Posdoctorales de Stanford, la Fundación Craig H. Neilsen, el Programa de Formación de Científicos Médicos de Stanford, Stanford BioX-NeuroVentures, el Instituto Stanford de Neuroinnovación y Neurociencia Traslacional, el Instituto de Neurociencia de Stanford, Larry y Pamela Garlick, Samuel y Betsy Reeves, el Instituto Médico Howard Hughes, el Departamento de Asuntos de Veteranos de Estados Unidos, el Instituto MGH-Dean para la Investigación Integrada sobre Fibrilación Auricular y Accidente Cerebrovascular, y el Hospital General de Massachusetts.
La Oficina de Licencias Tecnológicas de Stanford posee los derechos de propiedad intelectual de los avances de ingeniería relacionados con BCI intracortical realizados en el laboratorio de Shenoy.
Fuente: Bruce Goldman para Universidad de Stanford
