Nueva forma de conectar un cerebro humano a una computadora: a través de las venas

Electrodos que pasan por los vasos sanguíneos que alimentan el cerebro permiten a las personas controlar los dispositivos con la mente.

La parte difícil de conectar un cerebro pensante y pegajoso a una computadora fría, de unos y ceros es obtener información a través de su grueso cráneo, o el mío, o el de cualquiera.

El objetivo de un cráneo, después de todo, es mantener un cerebro separado de manera segura.

Entonces, si ese cerebro no es suyo, la única forma de saber lo que está sucediendo en su interior es la inferencia.

La gente hace conjeturas muy bien fundamentadas basándose en lo que el cerebro le dice al cuerpo, como si el cuerpo emite algunos ruidos que usted puede entender (ese es el habla) o se mueve de una manera reconocible.

Eso es un problema para las personas que intentan comprender cómo funciona el cerebro y un problema aún mayor para las personas que debido a una lesión o enfermedad no pueden moverse ni hablar.

Las tecnologías de imagen sofisticadas como la resonancia magnética funcional pueden darle algunas pistas.

Pero sería genial tener algo más directo.

Durante décadas, los tecnólogos han intentado que los cerebros interactúen con los teclados de las computadoras o los brazos de los robots, para que la carne se comunique con el silicio.

Un equipo de científicos e ingenieros mostró los resultados de un nuevo enfoque prometedor.

Implica montar electrodos en un tubo elástico expansible llamado stent y enroscarlo a través de un vaso sanguíneo que conduce al cerebro.

En pruebas con dos personas, los investigadores literalmente fueron por la yugular, pasando un alambre con punta de stent por esa vena en la garganta y luego en un vaso cerca de la corteza motora primaria del cerebro.

Los electrodos se acurrucaron en la pared del vaso y comenzaron a detectar cuándo los cerebros de las personas indicaban su intención de moverse, y enviaron esas señales de forma inalámbrica a una computadora, a través de un transmisor de infrarrojos insertado quirúrgicamente en el pecho de los sujetos.

En un artículo publicado en el Journal of NeuroInterventional Surgery, los investigadores australianos y estadounidenses describen cómo dos personas con parálisis debido a esclerosis lateral amiotrófica (más conocida como enfermedad de Lou Gehrig) utilizaron un dispositivo de este tipo para enviar mensajes de texto y jugar online mediante solo el control cerebral.

“La tecnología de stent autoexpandible ha sido bien demostrada en aplicaciones cardíacas y neurológicas para tratar otras enfermedades.

Simplemente usamos esa función y colocamos electrodos en la parte superior del stent”, dice Thomas Oxley, neurólogo intervencionista y director ejecutivo de Synchron, la empresa que espera comercializar la tecnología.

“Es completamente implantable. Los pacientes se van a casa en un par de días. Y es plug-and-play“.

Se necesitó entrenamiento una vez que los sujetos llegaron a casa.

La endoprótesis recubierta de electrodos podía captar señales del cerebro, pero los algoritmos de aprendizaje automático tienen que averiguar qué representan realmente esas señales (reflejos imperfectos de una mente en funcionamiento incluso en condiciones ideales).

Pero después de algunas semanas de trabajo, ambos pacientes pudieron usar un rastreador ocular para mover un cursor y luego hacer clic con un pensamiento, usando el implante.

No parece mucho, pero eso fue suficiente para que ambos enviaran mensajes de texto, compraran en línea y realizaran actividades de la vida diaria digital.

La Administración de Alimentos y Medicamentos aún no ha aprobado lo que Oxley llama un “stentrode” para un uso generalizado, y la compañía todavía está buscando fondos para más pruebas, pero estos resultados preliminares sugieren que es una interfaz cerebro-computadora que funciona.

La señal que recibe no está repleta de información.

Por ahora, todo lo que el stentrode está captando es un bit de información, ya sea un clic telepático del mouse o la ausencia de ese clic.

Pero para algunas aplicaciones, tal vez sea suficiente.

“Se ha hablado mucho sobre datos y canales, y realmente lo que debería importar es, ¿ha entregado un producto que cambia la vida del paciente?” Dice Oxley.

“Solo con un puñado de resultados restaurados para el paciente, los tenemos controlando Windows 10.”

Últimamente han aparecido en las noticias interfaces cerebro-computadora mucho más ambiciosas y prótesis neurales.

El mes pasado, la compañía Neuralink de Elon Musk demostró un BCI (Brain-computer interface) inalámbrico con más de mil electrodos flexibles, diseñado para ser insertado directamente en el cerebro por un cirujano robot especializado.

(Hasta ahora, la compañía solo ha mostrado un uso a corto plazo en cerdos).

Insertar electrodos es complicado.

Si bien es cierto que la cirugía cerebral no es exactamente ciencia espacial, tiene riesgos, ya sea que el cirujano sea un robot o no.

Incluso los electrodos delgados y flexibles como los que demostró Neuralink son lo suficientemente invasivos como para que el cerebro intente defenderse de ellos, recubriéndolos con células gliales que reducen su capacidad para conducir los impulsos eléctricos que están buscando.

Y aunque los electrodos implantados como los de la “matriz de Utah” más comúnmente utilizada pueden obtener señales claras de neuronas individuales, comprender qué significan esas señales es todavía una ciencia en progreso.

Además, el cerebro se agita como gelatina en una rosquilla; los electrodos fijos en su lugar pueden dañarlo.

Pero hazlo bien y podrán hacer más que investigar el cerebro.

Los pacientes “encerrados” con ELA los han utilizado como interfaces exitosas entre cerebro y computadora, aunque requieren capacitación, mantenimiento, cirugía, etc.

Mientras tanto, los electrodos colocados directamente sobre el cuero cabelludo pueden captar ondas cerebrales (electroencefalogramas o EEG), pero carecen del detalle espacial de los electrodos implantados.

Los neurocientíficos saben, de manera muy aproximada, qué parte del cerebro hace qué, pero cuanto más sepa sobre qué neuronas se activan, mejor podrá saber de qué se activan.

Una innovación más reciente, la electrocorticografía, coloca una malla de electrodos directamente sobre la superficie del cerebro.

En combinación con el procesamiento espectral inteligente de las señales que captan esos electrodos, ECoG es lo suficientemente bueno para traducir la acción en la parte de la corteza motora que controla los labios, la mandíbula y la lengua en texto o incluso en habla.

Y hay otros enfoques. CTRL-labs, que Facebook compró por tal vez hasta mil millones de dólares en 2019, intenta obtener señales motoras de las neuronas de la muñeca.

Kernel utiliza espectroscopia funcional de infrarrojo cercano en la cabeza para detectar la actividad cerebral.

El stentrode de Oxley y sus colegas, si sigue mostrando buenos resultados, encajará en algún lugar del espectro entre los electrodos implantados y el EEG.

Más cerca de lo primero que de lo segundo, esperan sus inventores. Pero todavía es temprano.

“La tecnología central y la idea central son geniales, pero dado el lugar desde el que acceden a las señales, mi expectativa sería que esta sea una señal de relativamente baja fidelidad en relación con otras estrategias de interfaz cerebro-máquina“, dice Vikash Gilja quien dirige el Laboratorio de Ingeniería Neural Traslacional en UC San Diego.

“Al menos sabemos que la grabación de ECoG de alta densidad de la superficie del cerebro puede transmitir información más allá de lo que se muestra en este documento“.

Un posible problema: el tejido conduce impulsos eléctricos, pero los electrodos del stent captan señales del cerebro a través de las células de los vasos sanguíneos. Eso reduce el contenido de la señal.

“Si tuviéramos que tomar esas grabaciones de la superficie cortical y compararlas con los experimentos de matriz de Utah, la mayor parte de la experiencia clínica con electrodos implantados, diría que el estilo de grabación en ECoG es un limitador de frecuencia”, dice Gilja.

Por lo tanto, puede que no sea lo suficientemente bueno para la neurociencia, pero podría ser muy útil para una persona con parálisis que desea un BCI de bajo mantenimiento que no requiera perforar el cráneo.

“Existe una compensación entre cuán invasivo quieres ser y en qué nivel recolectas información”, dice Andrew Pruszynski, neurocientífico de la Western University en Canadá.

“Esto está tratando de llegar al término medio, para insertar un catéter cerca de la actividad neural.

Obviamente es invasivo, pero ciertamente no tan invasivo como colocar electrodos en el cerebro“.

Y hay más trabajo por venir.

El equipo de Oxley espera ampliar su estudio a más sujetos humanos.

Buscarán posibles efectos secundarios, como la posibilidad de que el stent contribuya a los accidentes cerebrovasculares (aunque esto parece menos probable ya que se incrusta en las paredes de los vasos, un proceso llamado endotelización).

Pueden encontrar mejores ubicaciones para el stent, en vasos sanguíneos adyacentes a otras áreas del cerebro de interés; en cualquier lugar dentro de los 2 milímetros de una embarcación lo suficientemente grande como para acomodar el stentrode, dice Oxley.

El software podría mejorar un poco, en términos de averiguar qué significa realmente el cerebro cuando emite sus campanas y silbidos eléctricos, y algunas de sus pruebas sugieren que el sistema podría captar más detalles informativos, como qué músculo específico intentaban los usuarios mover.

Eso podría conducir a prótesis o control de dispositivos más útiles más allá de Windows 10.

“El sistema motor, en este momento, es lo que brindará terapia a las personas paralizadas“, dice Oxley.

“Pero cuando empezamos a relacionarnos con otras áreas del cerebro, empiezas a ver cómo la tecnología va a abrir el poder de procesamiento del cerebro“.

Fuentes: Wired, Futurism