Traductors del cervell

2010/10/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Medikuntza
• Softwarea
• Anatomia/Fisiologia

Les interfícies cervell-ordenador es denominen BCI, Brain Computer Interfícies. Són traductors del pensament: llegeixen i interpreten les intencions del cervell i després les converteixen en accions. Per exemple, escriuen el pensat en una pantalla o mouen un robot o una extremitat paralitzada.

De fet, diversos equips estan investigant aquesta última aplicació per a utilitzar-la en la rehabilitació neuromotora. Això es deu al fet que quan es produeix un infart cerebral es produeixen una sèrie de símptomes depenent de la zona afectada. Molts tenen problemes motors com els hemiplègics. En alguns casos el moviment s'inicia en el cervell, però no arriba als músculs perquè hi ha un tall.

Els investigadors han proposat que, a causa de la plasticitat del cervell, es pot formar una bretxa, excitant els elements que intervenen en aquest procés mitjançant sistemes de BCI. És a dir, creuen que, mitjançant l'aplicació d'estímuls adequats, les neurones sanes poden fer la funció dels afectats i, per tant, recuperar la capacitat de moviment dels pacients.

Per a això treballen, entre altres, en la Universitat Tübingen d'Alemanya, sota la direcció del doctor Niels Birbaumer. Aquest grup va ser el primer a provar aquest tipus de sistemes amb els pacients i és el grup en el qual el donostiarra Ander Ramos investiga ara.

Ramos és enginyer biomèdic de la Fundació Fatronik i està realitzant el doctorat en la prestigiosa Universitat de Tübing. Ramos ha reconegut que "molts grups estan investigant amb les persones, però el nostre ha estat el primer a investigar amb pacients amb infart cerebral".

Ander Ramos és enginyer biomèdic de la Fundació Fatronik i està realitzant el doctorat en la Universitat de Tübing, en l'Institut de Psicologia Mèdica i Neurobiología del Comportament. Ed. : Ander Ramos.

Proves amb pacients

Ramos compta amb 1.200 pacients en aquesta situació. "Desgraciadament, cada vegada són més. Això es deu a factors com l'envelliment o a hàbits de vida insans, però cada vegada tenim més joves (al voltant de 30-40 anys), molts afectats per les drogues de disseny. Nosaltres analitzem les dades de tots, com per exemple quan han sofert un accident, per què, quines conseqüències tenen, etc. i seleccionem els adequats per a la recerca".

El grup de participants ha de ser homogeni i complir una sèrie de requisits. "Per exemple, no poden sofrir danys en la cognició perquè han de rebre entrenament". Realitzen un doble entrenament, entrenen dues hores al dia amb el BCI per a ajustar el sistema i millorar l'eficàcia, una hora de fisioteràpia rutinària però enfocada a la recerca.

Recollir, filtrar i interpretar

Una de les fases més importants és la recollida dels senyals cerebrals, que es realitzen mitjançant electroencefalografia. Per a això existeixen mètodes estandarditzats, no invasius ni invasius. En els no invasius, els sensors que reben els senyals es col·loquen en l'exterior del cap, normalment se'ls aplica un gel sobre la pell del cap que facilita la transmissió del senyal i el pacient no suporta més. En els mètodes invasius els sensors es col·loquen a l'interior.

En la imatge, un pacient amb infart cerebral realitzant una rehabilitació neuromotora. L'objectiu és que, després d'un mes de rehabilitació, el pacient sigui capaç de moure el múscul pel seu compte. Ed. : Universitat de Tübingen.

Aquests sensors són molt més forts per al pacient que els no invasius, però el senyal rebut és "més neta i precisa", segons Ramos. Quan els elèctrodes es col·loquen en l'exterior "sempre entra el soroll, és fàcil moure una mica al pacient, tocar els cables o aixecar les celles i aquests senyals poden cobrir el que nosaltres volem detectar". Per contra, si es col·loca el sensor dins o per sobre del cervell, "el ràtio senyal/soroll és major".

Per tant, és més difícil filtrar que rebre el senyal, és a dir, "llevar el soroll" i interpretar-la. "Cal tenir en compte que el cervell està sempre en marxa i que el pacient que participa en la recerca, d'una banda, està fent el que li prometem i, per un altre, mira a una pantalla i tracta de comprendre-la...".

A més, els senyals varien de persona a persona i de la mateixa persona segons el moment, "per exemple, si han pres molt de cafè, han menjat una mica abans o han tingut una mala nit, el senyal canvia". Tot això dificulta la interpretació del senyal.

Amb l'objectiu de generar neuroplasticidad

A més de l'electroencefalografia per a la detecció de senyals cerebrals, els investigadors del grup Ramos utilitzen l'electromiografía. A través d'ella s'obté l'activitat bioeléctrica dels músculs. El seu objectiu és la rehabilitació, és a dir, tractar al pacient perquè recuperi la seva capacitat de moviment.

L'objectiu és "provocar la neuroplasticidad", segons Ramos. La seva hipòtesi és que poden complementar amb el BCI la interrupció que s'ha produït en les tasques motors visuals. Precisament per això trien pacients inofensius en el còrtex, on s'inicia el moviment.

Aquesta ortosis robòtica permet controlar la intenció de moure's gràcies a la neuroprótesis desenvolupada entre la Universitat de Tübing i la Fundació Fatronik. Ed. : Universitat de Tübingen.

"La tasca és un motor visual, per exemple, agafar un got, --explica Ramos--. Primer veus el got i el cervell rep aquesta informació. Una vegada processat inicia el moviment, vol agafar el got i mana al braç i a la mà els senyals necessaris per a agafar el got. Finalment, agafes el got. Perquè nosaltres estimulem aquests elements a través del BCI durant un mes. I el que busquem és que passat aquest temps el pacient sigui capaç de moure el múscul pel seu compte".

Ramos accepta que ja ho han aconseguit amb uns pacients, però amb uns altres no. Són molts els factors que influeixen en què els resultats siguin molt variats: motivació, si tenen o no depressió, quines zones han estat afectades per l'infart, etc. Per als investigadors és fonamental conèixer per què s'han recuperat. Amb això es pretén afinar la metodologia per a dissenyar un producte finalment comercialitzable.

No obstant això, Ramos ha parlat amb prudència sobre aquesta opció: "Fa cinc anys, quan vaig començar en aquest tema, em semblava que en deu anys hi havia una cosa comercial, però ara no sóc tan optimista". No obstant això, en la seva opinió, la clau no és que el sistema funcioni, sinó que el producte ha de ser molt sòlid i estable i tenir un preu raonable. "A més, els processos d'autorització de la Unió Europea o dels Estats Units són molt llargs". Per això prefereix no donar data.

Presoner en el cos

Mentrestant, l'equip de la Universitat de Tübingen continua investigant en tecnologia BCI i té altres projectes com l'esclerosi lateral amiotròfica.

Exoesquelet desenvolupat en 2003 en la Universitat Berckeley. Això permet al soldat portar una motxilla de 100 kg sense esforç. Ed. : Universitat Berckeley.

Segons ha explicat Ramos, es tracta d'una malaltia "terrible": "els pacients perden la capacitat de moure's a poc a poc i acaben en locked, empresonats en el seu cos. Són conscients, però no es poden moure i no es poden comunicar amb l'exterior. Creiem que les neuroprótesis són l'única solució que tenen aquests pacients per a comunicar-se amb l'exterior".

En aquests casos utilitzen el BCI, no per a excitar els elements que intervenen en les tasques visuals motores, sinó per a estimular el cervell. Els investigadors creuen que en aquests pacients el pensament es va apagant per falta de comunicació i d'estímul. A través del BCI evitarien això.

De moment s'han realitzat proves amb un sol pacient i encara que en alguns moments el pacient va respondre correctament, no van aconseguir una comunicació contínua. Tanmateix, això no els ha desanimat, perquè consideren que la tecnologia BCI pot ser de gran ajuda per a aquesta mena de pacients.

Altres aplicacions i ètica

Ramos ha manifestat la seva intenció de continuar treballant en aplicacions sanitàries. Segons alguns investigadors, la tecnologia BCI pot tenir un desenvolupament ràpid gràcies a la inversió de videojocs i empreses d'oci. Així, ja existeixen elèctrodes secs, és a dir, que no necessiten habitació, destinats a aquesta mena d'aplicacions, com el comercialitzat fa un parell d'anys per l'empresa Emotiv System sota el nom d'Epoc. No obstant això, Ramos dubta si realment el casc recull i interpreta els senyals del cervell. En la seva opinió, rep els moviments dels músculs de la cara i del front.

Casc epoc comercialitzat per Emotiv System per a oci. Ed. : Rotiv System.

Altres aplicacions generen dubtes ètics. Abans de viatjar a la Universitat de Tübing, Johns Hopkins va investigar en la prestigiosa universitat estatunidenca. Malgrat ser un dels més avançats a nivell mundial en recerca biomèdica, Ramos no agradava que l'Exèrcit dels Estats Units fos el principal inversor en tecnologia BCI.

Segons Ramos, "com ocorre amb qualsevol tecnologia, la clau està en l'ús, pots usar un telèfon mòbil per a fer que una bomba exploti. El mateix ocorre amb els exoesquelets, per exemple. Nosaltres tenim projectes per a ajudar els discapacitats a moure les seves extremitats mitjançant exoesquelets. Doncs bé, en la Universitat Berckeley fa uns anys es va desenvolupar una cosa així, i ara l'exèrcit estatunidenc té alguna cosa semblança per a aconseguir supersoldados".

El BCI també interessa a l'exèrcit per al coneixement de les imatges. I és que el cervell troba la imatge que busca molt més ràpid que qualsevol ordinador. Quan això ocorre, es genera un senyal en el cervell que pot veure's a través del BCI. D'aquesta forma es pot utilitzar per a detectar i identificar enemics. "Les aplicacions militars poden ser moltes", adverteix Ramos. "Però hi ha aplicacions molt més beneficioses i prefereixo investigar-les".

Esquema de sistemes BCI

En l'esquema següent es poden veure els tres tipus de pròtesis existents en l'actualitat: no invasives (EEG), poc invasives (ECOG) i invasives (xarxa d'elèctrodes; en la imatge es mostra una única unitat). L'objectiu dels tres és recollir l'activitat del cervell, però no funcionen igual i els resultats tampoc són iguals.

Les dades obtingudes per les pròtesis cerebrals també es processen i classifiquen de diverses formes. En el següent pas s'envien ordres als dispositius que componen el sistema. Depenent de la funció, són de l'una o l'altra naturalesa, com els dispositius que ajuden a comunicar-se, moure's o els destinats a aconseguir una rehabilitació neuromotora.

(Foto: Neurosurgery)