Tradutores do cerebro

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

• Medikuntza
• Softwarea
• Anatomia/Fisiologia

As interfaces cerebro-ordenador denomínanse BCI, Brain Computer Interfaces. Son tradutores do pensamento: len e interpretan as intencións do cerebro e logo convértenas en accións. Por exemplo, escriben o pensado nunha pantalla ou moven un robot ou una extremidade paralizada.

De feito, varios equipos están a investigar esta última aplicación paira utilizala na rehabilitación neuromotora. Isto débese a que cando se produce un infarto cerebral prodúcense una serie de síntomas dependendo da zona afectada. Moitos teñen problemas motores como os hemipléjicos. Nalgúns casos o movemento iníciase no cerebro, pero non chega aos músculos porque hai un corte.

Os investigadores propuxeron que, debido á plasticidad do cerebro, pódese formar una brecha, excitando os elementos que interveñen neste proceso mediante sistemas de BCI. É dicir, creen que, mediante a aplicación de estímulos adecuados, as neuronas sas poden facer a función dos afectados e, por tanto, recuperar a capacidade de movemento dos pacientes.

Paira iso traballan, entre outros, na Universidade Tübingen de Alemaña, baixo a dirección do doutor Niels Birbaumer. Este grupo foi o primeiro en probar este tipo de sistemas cos pacientes e é o grupo no que o donostiarra Ander Ramos investiga agora.

Ramos é enxeñeiro biomédico da Fundación Fatronik e está a realizar o doutoramento na prestixiosa Universidade de Tübing. Ramos recoñeceu que "moitos grupos están a investigar coas persoas, pero o noso foi o primeiro en investigar con pacientes con infarto cerebral".

Ander Ramos é enxeñeiro biomédico da Fundación Fatronik e está a realizar o doutoramento na Universidade de Tübing, no Instituto de Psicoloxía Médica e Neurobiología do Comportamento. Ed. : Ander Ramos.

Probas con pacientes

Ramos conta con 1.200 pacientes nesta situación. "Desgraciadamente, cada vez son máis. Isto débese a factores como o envellecemento ou a hábitos de vida insanos, pero cada vez temos máis novas (ao redor de 30-40 anos), moitos afectados polas drogas de deseño. Nós analizamos os datos de todos, por exemplo cando sufriron un accidente, por que, que consecuencias teñen, etc. e seleccionamos os adecuados paira a investigación".

O grupo de participantes debe ser homoxéneo e cumprir una serie de requisitos. "Por exemplo, non poden sufrir danos na cognición porque deben recibir adestramento". Realizan un dobre adestramento, adestran dúas horas ao día co BCI para axustar o sistema e mellorar a eficacia, una hora de fisioterapia rutineira pero enfocada á investigación.

Recoller, filtrar e interpretar

Una das fases máis importantes é a recollida dos sinais cerebrais, que se realizan mediante electroencefalografía. Paira iso existen métodos estandarizados, non invasivos nin invasivos. No non invasivos, os sensores que reciben os sinais colócanse no exterior da cabeza, normalmente aplícaselles un xel sobre a pel da cabeza que facilita a transmisión do sinal e o paciente non soporta máis. Nos métodos invasivos os sensores colócanse no interior.

Na imaxe, un paciente con infarto cerebral realizando una rehabilitación neuromotora. O obxectivo é que, tras un mes de rehabilitación, o paciente sexa capaz de mover o músculo pola súa conta. Ed. : Universidade de Tübingen.

Estes sensores son moito máis fortes paira o paciente que o non invasivos, pero o sinal recibido é "máis limpa e precisa", segundo Ramos. Cando os electrodos colócanse no exterior "sempre entra o ruído, é fácil mover un pouco ao paciente, tocar os cables ou levantar as cellas e estes sinais poden cubrir o que nós queremos detectar". Pola contra, se se coloca o sensor dentro ou por encima do cerebro, "o cociente sinal/ruído é maior".

Por tanto, é máis difícil filtrar que recibir o sinal, é dicir, "quitar o ruído" e interpretala. "Hai que ter en conta que o cerebro está sempre en marcha e que o paciente que participa na investigación, por unha banda, está a facer o que lle prometemos e, por outro, mira a unha pantalla e trata de comprendela...".

Ademais, os sinais varían de persoa a persoa e da mesma persoa segundo o momento, "por exemplo, se tomaron moito café, comeron un pouco antes ou tiveron una mala noite, o sinal cambia". Todo iso dificulta a interpretación do sinal.

Co obxectivo de xerar neuroplasticidad

Ademais da electroencefalografía paira a detección de sinais cerebrais, os investigadores do grupo Ramos utilizan a electromiografía. A través dela obtense a actividade bioeléctrica dos músculos. O seu obxectivo é a rehabilitación, é dicir, tratar ao paciente para que recupere a súa capacidade de movemento.

O obxectivo é "provocar a neuroplasticidad", segundo Ramos. A súa hipótese é que poden complementar co BCI a interrupción que se produciu nas tarefas motores visuais. Precisamente por iso elixen pacientes inofensivos no córtex, onde se inicia o movemento.

Esta ortosis robótica permite controlar a intención de moverse grazas á neuroprótesis desenvolvida entre a Universidade de Tübing e a Fundación Fatronik. Ed. : Universidade de Tübingen.

"A tarefa é un motor visual, por exemplo, coller un vaso, --explica Ramos--. Primeiro ves o vaso e o cerebro recibe esta información. Una vez procesado inicia o movemento, quere coller o vaso e manda ao brazo e á man os sinais necesarios paira coller o vaso. Por último, colles o vaso. Pois nós estimulamos estes elementos a través do BCI durante un mes. E o que buscamos é que pasado ese tempo o paciente sexa capaz de mover o músculo pola súa conta".

Ramos acepta que xa o conseguiron cuns pacientes, pero con outro non. Son moitos os factores que inflúen en que os resultados sexan moi variados: motivación, se teñen ou non depresión, que zonas foron afectadas o infarto, etc. Paira os investigadores é fundamental coñecer por que se recuperaron. Con iso preténdese afinar a metodoloxía paira deseñar un produto finalmente comercializable.

Con todo, Ramos falou con prudencia sobre esta opción: "Hai cinco anos, cando empecei neste tema, parecíame que en dez anos había algo comercial, pero agora non son tan optimista". Con todo, na súa opinión, a clave non é que o sistema funcione, senón que o produto debe ser moi sólido e estable e ter un prezo razoable. "Ademais, os procesos de autorización da Unión Europea ou de Estados Unidos son moi longos". Por iso prefire non dar data.

Prisioneiro no corpo

Mentres tanto, o equipo da Universidade de Tübingen segue investigando en tecnoloxía BCI e ten outros proxectos como a esclerose lateral amiotrófica.

Exoesqueleto desenvolvido en 2003 na Universidade Berckeley. Isto permite ao soldado levar una mochila de 100 kg sen esforzo. Ed. : Universidade Berckeley.

Segundo explicou Ramos, trátase dunha enfermidade "terrible": "os pacientes perden a capacidade de moverse aos poucos e terminan en locked, encarcerados no seu corpo. Son conscientes, pero non se poden mover e non se poden comunicar co exterior. Creemos que as neuroprótesis son a única solución que teñen estes pacientes paira comunicarse co exterior".

Nestes casos utilizan o BCI, non paira excitar os elementos que interveñen nas tarefas visuais motoras, senón paira estimular o cerebro. Os investigadores creen que nestes pacientes o pensamento vaise apagando por falta de comunicación e de estímulo. A través do BCI evitarían isto.

Polo momento realizáronse probas cun só paciente e aínda que nalgúns momentos o paciente respondeu correctamente, non conseguiron una comunicación continua. Con todo, isto non lles ha desanimado, porque consideran que a tecnoloxía BCI pode ser de gran axuda paira este tipo de pacientes.

Outras aplicacións e ética

Ramos manifestou a súa intención de seguir traballando en aplicacións sanitarias. Segundo algúns investigadores, a tecnoloxía BCI pode ter un desenvolvemento rápido grazas ao investimento de videoxogos e empresas de lecer. Así, xa existen electrodos secos, é dicir, que non necesitan habitación, destinados a este tipo de aplicacións, como o comercializado fai un par de anos pola empresa Emotiv System baixo o nome de Epoc. Con todo, Ramos dubida si realmente o casco recolle e interpreta os sinais do cerebro. Na súa opinión, recibe os movementos dos músculos da cara e da fronte.

Casco epoc comercializado por Emotiv System paira lecer. Ed. : Rotiv System.

Outras aplicacións xeran dúbidas éticas. Antes de viaxar á Universidade de Tübing, Johns Hopkins investigou na prestixiosa universidade estadounidense. A pesar de ser un dos máis avanzados a nivel mundial en investigación biomédica, Ramos non gustaba que o Exército de Estados Unidos fose o principal investidor en tecnoloxía BCI.

Segundo Ramos, "como ocorre con calquera tecnoloxía, a clave está no uso, podes usar un teléfono móbil paira facer que una bomba explote. O mesmo ocorre cos exoesqueletos, por exemplo. Nós temos proxectos paira axudar aos discapacitados a mover as súas extremidades mediante exoesqueletos. Pois ben, na Universidade Berckeley hai uns anos desenvolveuse algo así, e agora o exército estadounidense ten algo parecido paira conseguir supersoldados".

O BCI tamén interesa ao exército paira o coñecemento das imaxes. E é que o cerebro atopa a imaxe que busca moito máis rápido que calquera computador. Cando isto ocorre, xérase una sinal no cerebro que pode verse a través do BCI. Desta forma pódese utilizar paira detectar e identificar inimigos. "As aplicacións militares poden ser moitas", advirte Ramos. "Pero hai aplicacións moito máis beneficiosas e prefiro investigalas".

Esquema de sistemas BCI

No esquema seguinte pódense ver os tres tipos de próteses existentes na actualidade: non invasivas (EEG), pouco invasivas (ECOG) e invasivas (rede de electrodos; na imaxe móstrase una única unidade). O obxectivo do tres é recoller a actividade do cerebro, pero non funcionan igual e os resultados tampouco son iguais.

Os datos obtidos polas próteses cerebrais tamén se procesan e clasifican de diversas formas. No seguinte paso envíanse ordes aos dispositivos que compoñen o sistema. Dependendo da función, son dunha ou outra natureza, como os dispositivos que axudan a comunicarse, moverse ou os destinados a conseguir una rehabilitación neuromotora.

(Foto: Neurosurgery)