Traductores del cerebro

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

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Las interfaces cerebro-ordenador se denominan BCI, Brain Computer Interfaces. Son traductores del pensamiento: leen e interpretan las intenciones del cerebro y luego las convierten en acciones. Por ejemplo, escriben lo pensado en una pantalla o mueven un robot o una extremidad paralizada.

De hecho, varios equipos están investigando esta última aplicación para utilizarla en la rehabilitación neuromotora. Esto se debe a que cuando se produce un infarto cerebral se producen una serie de síntomas dependiendo de la zona afectada. Muchos tienen problemas motores como los hemipléjicos. En algunos casos el movimiento se inicia en el cerebro, pero no llega a los músculos porque hay un corte.

Los investigadores han propuesto que, debido a la plasticidad del cerebro, se puede formar una brecha, excitando los elementos que intervienen en este proceso mediante sistemas de BCI. Es decir, creen que, mediante la aplicación de estímulos adecuados, las neuronas sanas pueden hacer la función de los afectados y, por tanto, recuperar la capacidad de movimiento de los pacientes.

Para ello trabajan, entre otros, en la Universidad Tübingen de Alemania, bajo la dirección del doctor Niels Birbaumer. Este grupo fue el primero en probar este tipo de sistemas con los pacientes y es el grupo en el que el donostiarra Ander Ramos investiga ahora.

Ramos es ingeniero biomédico de la Fundación Fatronik y está realizando el doctorado en la prestigiosa Universidad de Tübing. Ramos ha reconocido que "muchos grupos están investigando con las personas, pero el nuestro ha sido el primero en investigar con pacientes con infarto cerebral".

Ander Ramos es ingeniero biomédico de la Fundación Fatronik y está realizando el doctorado en la Universidad de Tübing, en el Instituto de Psicología Médica y Neurobiología del Comportamiento. Ed. : Ander Ramos.

Pruebas con pacientes

Ramos cuenta con 1.200 pacientes en esta situación. "Desgraciadamente, cada vez son más. Esto se debe a factores como el envejecimiento o a hábitos de vida insanos, pero cada vez tenemos más jóvenes (alrededor de 30-40 años), muchos afectados por las drogas de diseño. Nosotros analizamos los datos de todos, como por ejemplo cuándo han sufrido un accidente, por qué, qué consecuencias tienen, etc. y seleccionamos los adecuados para la investigación".

El grupo de participantes debe ser homogéneo y cumplir una serie de requisitos. "Por ejemplo, no pueden sufrir daños en la cognición porque deben recibir entrenamiento". Realizan un doble entrenamiento, entrenan dos horas al día con el BCI para ajustar el sistema y mejorar la eficacia, una hora de fisioterapia rutinaria pero enfocada a la investigación.

Recoger, filtrar e interpretar

Una de las fases más importantes es la recogida de las señales cerebrales, que se realizan mediante electroencefalografía. Para ello existen métodos estandarizados, no invasivos ni invasivos. En los no invasivos, los sensores que reciben las señales se colocan en el exterior de la cabeza, normalmente se les aplica un gel sobre la piel de la cabeza que facilita la transmisión de la señal y el paciente no soporta más. En los métodos invasivos los sensores se colocan en el interior.

En la imagen, un paciente con infarto cerebral realizando una rehabilitación neuromotora. El objetivo es que, tras un mes de rehabilitación, el paciente sea capaz de mover el músculo por su cuenta. Ed. : Universidad de Tübingen.

Estos sensores son mucho más fuertes para el paciente que los no invasivos, pero la señal recibida es "más limpia y precisa", según Ramos. Cuando los electrodos se colocan en el exterior "siempre entra el ruido, es fácil mover un poco al paciente, tocar los cables o levantar las cejas y estas señales pueden cubrir lo que nosotros queremos detectar". Por el contrario, si se coloca el sensor dentro o por encima del cerebro, "el ratio señal/ruido es mayor".

Por lo tanto, es más difícil filtrar que recibir la señal, es decir, "quitar el ruido" e interpretarla. "Hay que tener en cuenta que el cerebro está siempre en marcha y que el paciente que participa en la investigación, por un lado, está haciendo lo que le prometemos y, por otro, mira a una pantalla y trata de comprenderla...".

Además, las señales varían de persona a persona y de la misma persona según el momento, "por ejemplo, si han tomado mucho café, han comido un poco antes o han tenido una mala noche, la señal cambia". Todo ello dificulta la interpretación de la señal.

Con el objetivo de generar neuroplasticidad

Además de la electroencefalografía para la detección de señales cerebrales, los investigadores del grupo Ramos utilizan la electromiografía. A través de ella se obtiene la actividad bioeléctrica de los músculos. Su objetivo es la rehabilitación, es decir, tratar al paciente para que recupere su capacidad de movimiento.

El objetivo es "provocar la neuroplasticidad", según Ramos. Su hipótesis es que pueden complementar con el BCI la interrupción que se ha producido en las tareas motores visuales. Precisamente por eso eligen pacientes inofensivos en el córtex, donde se inicia el movimiento.

Esta ortosis robótica permite controlar la intención de moverse gracias a la neuroprótesis desarrollada entre la Universidad de Tübing y la Fundación Fatronik. Ed. : Universidad de Tübingen.

"La tarea es un motor visual, por ejemplo, coger un vaso, --explica Ramos--. Primero ves el vaso y el cerebro recibe esta información. Una vez procesado inicia el movimiento, quiere coger el vaso y manda al brazo y a la mano las señales necesarias para coger el vaso. Por último, coges el vaso. Pues nosotros estimulamos estos elementos a través del BCI durante un mes. Y lo que buscamos es que pasado ese tiempo el paciente sea capaz de mover el músculo por su cuenta".

Ramos acepta que ya lo han conseguido con unos pacientes, pero con otros no. Son muchos los factores que influyen en que los resultados sean muy variados: motivación, si tienen o no depresión, qué zonas han sido afectadas por el infarto, etc. Para los investigadores es fundamental conocer por qué se han recuperado. Con ello se pretende afinar la metodología para diseñar un producto finalmente comercializable.

Sin embargo, Ramos ha hablado con prudencia sobre esta opción: "Hace cinco años, cuando empecé en este tema, me parecía que en diez años había algo comercial, pero ahora no soy tan optimista". Sin embargo, en su opinión, la clave no es que el sistema funcione, sino que el producto debe ser muy sólido y estable y tener un precio razonable. "Además, los procesos de autorización de la Unión Europea o de Estados Unidos son muy largos". Por eso prefiere no dar fecha.

Prisionero en el cuerpo

Mientras tanto, el equipo de la Universidad de Tübingen sigue investigando en tecnología BCI y tiene otros proyectos como la esclerosis lateral amiotrófica.

Exoesqueleto desarrollado en 2003 en la Universidad Berckeley. Esto permite al soldado llevar una mochila de 100 kg sin esfuerzo. Ed. : Universidad Berckeley.

Según ha explicado Ramos, se trata de una enfermedad "terrible": "los pacientes pierden la capacidad de moverse poco a poco y terminan en locked, encarcelados en su cuerpo. Son conscientes, pero no se pueden mover y no se pueden comunicar con el exterior. Creemos que las neuroprótesis son la única solución que tienen estos pacientes para comunicarse con el exterior".

En estos casos utilizan el BCI, no para excitar los elementos que intervienen en las tareas visuales motoras, sino para estimular el cerebro. Los investigadores creen que en estos pacientes el pensamiento se va apagando por falta de comunicación y de estímulo. A través del BCI evitarían esto.

Por el momento se han realizado pruebas con un solo paciente y aunque en algunos momentos el paciente respondió correctamente, no consiguieron una comunicación continua. Sin embargo, esto no les ha desanimado, porque consideran que la tecnología BCI puede ser de gran ayuda para este tipo de pacientes.

Otras aplicaciones y ética

Ramos ha manifestado su intención de seguir trabajando en aplicaciones sanitarias. Según algunos investigadores, la tecnología BCI puede tener un desarrollo rápido gracias a la inversión de videojuegos y empresas de ocio. Así, ya existen electrodos secos, es decir, que no necesitan habitación, destinados a este tipo de aplicaciones, como el comercializado hace un par de años por la empresa Emotiv System bajo el nombre de Epoc. Sin embargo, Ramos duda si realmente el casco recoge e interpreta las señales del cerebro. En su opinión, recibe los movimientos de los músculos de la cara y de la frente.

Casco epoc comercializado por Emotiv System para ocio. Ed. : Rotiv System.

Otras aplicaciones generan dudas éticas. Antes de viajar a la Universidad de Tübing, Johns Hopkins investigó en la prestigiosa universidad estadounidense. A pesar de ser uno de los más avanzados a nivel mundial en investigación biomédica, Ramos no gustaba que el Ejército de Estados Unidos fuera el principal inversor en tecnología BCI.

Según Ramos, "como ocurre con cualquier tecnología, la clave está en el uso, puedes usar un teléfono móvil para hacer que una bomba explote. Lo mismo ocurre con los exoesqueletos, por ejemplo. Nosotros tenemos proyectos para ayudar a los discapacitados a mover sus extremidades mediante exoesqueletos. Pues bien, en la Universidad Berckeley hace unos años se desarrolló algo así, y ahora el ejército estadounidense tiene algo parecido para conseguir supersoldados".

El BCI también interesa al ejército para el conocimiento de las imágenes. Y es que el cerebro encuentra la imagen que busca mucho más rápido que cualquier ordenador. Cuando esto ocurre, se genera una señal en el cerebro que puede verse a través del BCI. De esta forma se puede utilizar para detectar e identificar enemigos. "Las aplicaciones militares pueden ser muchas", advierte Ramos. "Pero hay aplicaciones mucho más beneficiosas y prefiero investigarlas".

Esquema de sistemas BCI

En el esquema siguiente se pueden ver los tres tipos de prótesis existentes en la actualidad: no invasivas (EEG), poco invasivas (ECOG) e invasivas (red de electrodos; en la imagen se muestra una única unidad). El objetivo de los tres es recoger la actividad del cerebro, pero no funcionan igual y los resultados tampoco son iguales.

Los datos obtenidos por las prótesis cerebrales también se procesan y clasifican de diversas formas. En el siguiente paso se envían órdenes a los dispositivos que componen el sistema. Dependiendo de la función, son de una u otra naturaleza, como los dispositivos que ayudan a comunicarse, moverse o los destinados a conseguir una rehabilitación neuromotora.

(Foto: Neurosurgery)