Poder Cerebral: Control Mental De Dispositivos Externos

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La investigación está avanzando en dispositivos controlados por el pensamiento.

Una persona que mueve el cursor del mouse sobre una pantalla de computadora es un logro insignificante. Joder, incluso un mono puede hacerlo.

Pero si la persona es un cuadripléjico que controla el cursor con nada más que ondas cerebrales, ahora eso sería interesante. Y se ha hecho.

Los sistemas de interfaz cerebro-computadora, aunque todavía se encuentran en etapas de desarrollo y experimentales, son cada vez más poderosos y aplicables. Los avances en la investigación de señalización neuronal lo convierten en uno de los campos más candentes en ingeniería biomédica.

Mejores sistemas de detección.

A principios de este año, los investigadores entrenaron a cuatro personas con epilepsia para mover el cursor de una computadora con el poder del pensamiento. Los pacientes, que estaban esperando para someterse a una cirugía cerebral, ya estaban equipados con pequeñas láminas de electrodos de detección de señales en las superficies de sus cerebros.

Se les pidió a los pacientes que realizaran ciertas tareas, como abrir y cerrar las manos y sacar la lengua, mientras que los científicos determinaron qué señales cerebrales estaban asociadas con estos movimientos.

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A continuación, las señales de estos movimientos se combinaron con los movimientos del cursor en la pantalla. Por ejemplo, la idea de abrir la mano derecha puede mover el cursor hacia la derecha. Luego se les pidió a los sujetos que movieran el cursor de un punto a otro en la pantalla pensando en hacer los movimientos.

Los pacientes tuvieron algunas dificultades al principio, pero cada uno pudo controlar el cursor con sus pensamientos y con una precisión de más del 70 por ciento después de unos minutos. Un paciente estaba operando con una precisión del 100 por ciento al final de la prueba.

"Todos nuestros sujetos pudieron controlar el cursor de la computadora usando representaciones imaginadas de movimientos motores", dijo Daniel Moran, de la Universidad de Washington.

Este estudio fue el primero en demostrar que los sensores colocados en la superficie del cerebro son preferibles a las formas estándar de sensores, ya sea incrustados en el tejido cerebral o usados ​​como una gorra. Son menos intrusivos que una variedad incrustada y potencialmente más estables y potentes que la tapa, que recibe señales cerebrales débiles que han pasado por el cráneo.

El BrainGate

Solo unos pocos estudios clínicos incluyen cuadripléjicos como participantes. Uno en Brown University y Cyberkinetics Neurotechnology Systems, Inc., está trabajando para desarrollar un sistema llamado BrainGate.

En este estudio piloto realizado por un paciente, se implanta un sensor en la superficie de la corteza motora primaria, el área del cerebro responsable del movimiento. El sensor, más pequeño que un centavo, tiene sondas de electrodo delgadas como un cabello que penetran aproximadamente un milímetro en el cerebro y están diseñadas para captar impulsos eléctricos de las neuronas motoras.

Aproximadamente dos veces por semana, el participante realiza tareas de movimiento del cursor con sus pensamientos que pretenden demostrar la prueba del principio de la tecnología y evaluar la calidad, el tipo y la utilidad del control de salida neuronal que pueden lograr los pacientes.

BrainGate ofrece varias ventajas sobre otros sistemas, dicen sus creadores.

"Primero, BrainGate proporciona una interfaz con una computadora que funciona de inmediato, sin semanas o meses de entrenamiento", dijo John Donoghue, director de Brown's Brain Science Program y cofundador de Cyberkinetics Neurotechnology Systems Inc., WordsSideKick.com. "En segundo lugar, un usuario puede operar el dispositivo sin requerir una gran concentración.

El control del cursor es "tan natural como usar el propio brazo", dijo Donoghue. El paciente puede, por ejemplo, mantener una conversación mientras mueve el cursor.

"Y, en tercer lugar, debido a que BrainGate se conecta directamente a la parte del cerebro que normalmente controla los movimientos y gestos de las manos, proporciona una utilidad significativamente mayor que los dispositivos que se basan en 'sustitutos' de la propia señal del movimiento del brazo del cerebro, como los movimientos oculares. los movimientos oculares, por ejemplo, para controlar una computadora evitan que uno mire a otra parte durante el uso, algo que es muy antinatural y engorroso ".

El objetivo del estudio de Donoghue y sus seguimientos es desarrollar un sistema universal seguro, efectivo y discreto para que las personas con discapacidades físicas controlen una amplia gama de dispositivos, como computadoras y sillas de ruedas, con sus pensamientos.

"Mover una silla de ruedas con BrainGate está más allá del alcance de este estudio", dijo Donoghue. "Aunque nuestro primer participante en la prueba ha usado sus pensamientos para controlar un televisor y mover una mano y un brazo robóticos".

Mono mira mono hace

Dado que puede ser difícil obtener el permiso del gobierno para realizar un ensayo clínico en humanos de este tipo, la mayor parte de la investigación para interfaces cerebro / máquina se ha realizado con monos.

En 2003, los investigadores de la Universidad de Duke enseñaron a los monos rhesus a controlar conscientemente el movimiento de un brazo robótico en tiempo real utilizando solo los comentarios de una pantalla de video y sus pensamientos. Los monos parecían operar el brazo robótico como si fuera su propio miembro.

Un equipo dirigido por el neurobiólogo Miguel Nicolelis implantó una pequeña serie de microelectrodos de detección de señales cerebrales en el cerebro del mono. Ellos entrenaron al mono con un joystick que movía un cursor en una pantalla y, una vez que el mono había dominado esa tarea, el miembro robótico se agregó al circuito de retroalimentación. Después de unos días, el mono se dio cuenta de la conexión entre mover el cursor y mover el brazo.

Una vez que se estableció esa conexión, los investigadores quitaron el joystick.El mono descubrió lentamente que aún podía mover el cursor y el brazo robótico moviendo su propio brazo. Después de unos días sin el joystick, el mono se dio cuenta de que podía mover el brazo robótico sin mover el suyo.

Había dominado una extremidad neuroprotésica.

"Los músculos del brazo [del mono] se calmaron por completo, mantuvo el brazo a su lado y ella controló el brazo del robot utilizando solo su cerebro y la información visual", dijo Nicolelis. "Nuestros análisis de las señales cerebrales mostraron que el animal aprendió a asimilar el brazo robot en su cerebro como si fuera su propio brazo".

Los circuitos cerebrales se habían reorganizado activamente para incorporar un dispositivo externo.

"En realidad, vemos esto todos los días, cuando usamos cualquier herramienta, desde un lápiz hasta un automóvil", dijo Nicolelis. "A medida que aprendemos a usar esa herramienta, incorporamos las propiedades de esa herramienta en nuestro cerebro, lo que nos hace competentes en su uso".

Andrew Schwartz, un neurobiólogo de la Escuela de Medicina de la Universidad de Pittsburgh, ha llevado el progreso realizado en Duke a otro nivel. Schwartz ha entrenado a monos para que se coman trozos de fruta usando solo sus ondas cerebrales y un brazo robótico.

A diferencia del experimento en Duke, donde el brazo robótico no estaba muy cerca del mono, Schwartz ha sujetado el brazo del mono y colocado el miembro robótico lo más cerca posible del mono.

El brazo robótico se mueve como un brazo normal: tiene articulaciones de codo y hombro totalmente móviles. La "mano" es una pinza simple que le permite al mono agarrar su comida.

"La extremidad robótica toma la posición de mano deseada como entrada y tiene un hardware integrado que controla los motores de par para mover la extremidad a la posición de decodificación deseada, explicó Moran." Esto no es realmente diferente a enviar una posición de cursor deseada a una computadora. "

Schwartz ha mejorado recientemente los algoritmos informáticos que facilitarán que los monos aprendan a operar el brazo robótico. Las mejoras también ayudarán a Schwartz y su equipo a desarrollar dispositivos cerebrales con movimientos más suaves, más sensibles y precisos.

Mirando hacia el futuro

Todavía faltan años para la aplicación comercial de los sistemas de interfaz cerebro-computadora, y los desarrolladores han puesto el listón alto.

A Moran le gustaría devolver el movimiento al cuerpo y dijo que "su objetivo general de investigación es transmitir señales corticales a través de una ruptura en la médula espinal". También le gustaría ver el desarrollo de mejores extremidades neuroprotésicas.

Donoghue tiene objetivos similares para el uso a corto plazo de BrainGate. Además de desarrollar un dispositivo inalámbrico más pequeño para que lo lleve el paciente, está demostrando que las ondas cerebrales humanas podrían usarse para controlar las extremidades neuroprotésicas.

"El objetivo final de la prótesis neuromotora es usar sistemas físicos (sensores inteligentes y electrónica implantable) para restaurar un grado considerable de función en las extremidades paralizadas", dijo Donoghue. Un sistema de detección neural con un procesamiento adecuado de señales podría conducir los músculos a través de los estimuladores implantados ".

"[A largo plazo, queremos desarrollar un sistema que permita a los humanos con parálisis mover sus extremidades de manera que puedan llevar a cabo movimientos útiles y llevar vidas independientes. Y queremos desarrollar una nueva clase de neurotecnologías que puedan diagnosticar y tratar enfermedades y restaurar las funciones perdidas en los humanos ", dijo Donoghue. "Estos son objetivos ambiciosos, pero creemos que son realizables".


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