El avance tecnológico está creciendo a un ritmo tan rápido que las personas con discapacidad ahora pueden hablar, caminar, jugar y hacer mucho más usando solo su mente.
Este desarrollo ha sido conducido by Progreso en la tecnología de interfaz cerebro-computadora (BCI). Las BCI permiten a las personas controlar dispositivos externos, como computadoras, utilizando únicamente sus pensamientos. Estas interfaces funcionan adquiriendo señales cerebrales, analizándolas y traduciéndolas en comandos que puede ser retransmitido al dispositivo de salida.
Las BCI tienen una amplia gama de aplicaciones, incluida la asistencia a personas con discapacidades mediante la restauración de funciones perdidas debido a afecciones como accidentes cerebrovasculares, neurodegeneración y lesiones de la médula espinal. Al restaurar capacidades como la visión, el habla y la función motora, las BCI demuestran el potencial de mejorar las habilidades humanas.
Dependiendo de cómo las señales están tomados desde el cerebro, la interfaz cerebro-computadora puede ser denominado o bien con:
- Invasivo, donde los electrodos se implantan directamente en la corteza
- Semiinvasivo, donde los electrodos están situados en la superficie expuesta del cerebro
- No invasivo, donde los electrodos están situados en el cuero cabelludo
Durante la última década, la investigación y el desarrollo de la tecnología BCI han crecido significativamente. Los avances recientes han permitido a las personas con parálisis severa comunicarse traduciendo sus señales cerebrales en texto y recuperar el control sobre las prótesis o sus musculatura. Las BCI también son siendo explorado para mejorar la memoria, mejorar el aprendizaje y abordar problemas de salud mental.
Con tantas cosas sucediendo en el campo de BCI, echa un vistazo a los avances más recientes realizados por científicos que tienen el potencial de mejorar significativamente las capacidades humanas.
Restauración de la capacidad del habla con alta precisión
En un estudio publicado este mes, los investigadores desarrollaron un nuevo BCI que traduce señales cerebrales en el habla con una precisión de hasta el 97%, que es uno de los sistemas más precisos de su tipo.
Los sensores fueron implantados en el cerebro de Casey Harrell, un hombre de 45 años que tenía graves problemas del habla debido a la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). También conocida como enfermedad de Lou Gehrig, este trastorno neurológico afecta las células nerviosas que controlan el movimiento en todo el cuerpo y conduce a una pérdida gradual de la capacidad de caminar, pararse y hablar.
Cuando Harrell se unió al ensayo clínico BrainGate, su discurso era ininteligible y otros tuvieron que ayudarlo a interpretarlo. Sin embargo, a los pocos minutos de activar el sistema BCI, pudo comunicar el discurso que pretendía.
UC Davis Health creó esta nueva tecnología BCI para personas con afecciones neurológicas que no pueden comunicarse mediante el habla.
Cuando un usuario intenta hablar, el nuevo sistema interpreta las señales cerebrales antes de convertirlas en texto que luego la computadora “dice” en voz alta.
“Nuestra tecnología BCI ayudó a un hombre con parálisis a comunicarse con amigos, familiares y cuidadores”.
– David Brandman, coautor principal y coinvestigador principal del estudio y neurocirujano de UC Davis
También añadió que su experimento ha demostrado “la neuroprótesis (dispositivo) del habla más precisa jamás reportada”.
Brandman, que también es profesor asistente en el Departamento de Cirugía Neurológica de UC Davis y codirector del Laboratorio de Neuroprótesis de UC Davis, implantó el dispositivo BCI en julio del año pasado. Cuatro conjuntos de microelectrodos fueron implantados en la región del cerebro responsable de la coordinación del habla, la circunvolución precentral izquierda. Estos conjuntos utilizan 256 electrodos corticales para registrar la actividad cerebral.
Con este dispositivo, los intentos de los pacientes de mover los músculos y hablar son detectados.
“Estamos grabando desde la parte del cerebro que intenta enviar estas órdenes a los músculos. Y somos fundamentalmente Escuchamos eso y traducimos esos patrones de actividad cerebral en un fonema, como una sílaba o la unidad del habla, y luego las palabras que están tratando de decir..”
– Neurocientífico Sergey Stavisky, coinvestigador principal del estudio y profesor asistente en el Departamento de Cirugía Neurológica y codirector del Laboratorio de Neuroprótesis de UC Davis.
La tecnología BCI ha progresado mucho en los últimos años, pero los esfuerzos para permitir la comunicación han sido lentos y propensos a frecuentes errores de palabras. Este Esto se debe a que los programas de aprendizaje automático que interpretan señales cerebrales requieren mucho tiempo y datos para funcionar.
El nuevo sistema pretende eliminar esa barrera a la comunicación que dificulta que se comprenda al usuario de forma coherente.
“Nuestro objetivo era desarrollar un sistema que permitiera a alguien ser comprendido cuando quisiera hablar”.
– Brandman
El paciente utilizó el sistema en entornos conversacionales tanto espontáneos como motivados. La decodificación rápida, en ambos casos, se produjo en tiempo real con actualizaciones constantes que la mantuvieron funcionando con precisión. Luego se mostraron las palabras decodificadas. en una pantalla y leído en voz alta por la computadora.
La voz que lo leyó en voz alta era en realidad la del paciente antes de tener ELA. Para ello, los investigadores utilizaron un software que fue entrenado con muestras de audio existentes de la voz previa a la ELA del paciente.
La primera sesión de entrenamiento de datos de voz le tomó al sistema solo media hora para lograr una impresionante precisión de palabras del 99.6% con un vocabulario de 50 palabras. La siguiente sesión requirió 1.4 horas adicionales de datos de entrenamiento para lograr una precisión de palabras del 90.2% para un vocabulario de 125,000 palabras. Con la recopilación continua de datos, el BCI mantuvo una precisión del 97.5%.
Esta capacidad de decodificar lo que la persona con el implante dice correctamente alrededor del 97% de las veces, según Brandman, “es mejor que muchas aplicaciones comerciales para teléfonos inteligentes que intentan interpretar la voz de una persona”.
El estudio realizó 84 sesiones de recopilación de datos durante 32 semanas. El paciente utilizó el BCI para comunicarse vía video chat y en persona durante más de 248 horas.
Mejora de la comunicación y la movilidad con sistemas BCI exclusivos
Otro gran avance en los últimos meses provino de la Universidad Carnegie Mellon, donde los investigadores estaban capaz de lograr la funcionalidad BCI bidireccional. Este logro mejora la capacidad de la interfaz para interpretar señales cerebrales y enviar retroalimentación sensorial directamente al cerebro.
Bin He, profesor de ingeniería biomédica de la Universidad, y su grupo lograron integrar la estimulación ultrasónica enfocada para realizar una comunicación dual por primera vez.
En un estudio con 25 sujetos humanos, el BCI bidireccional utilizó el aprendizaje automático para codificar y decodificar ondas cerebrales. Este desarrollo tiene el potencial de mejorar significativamente la calidad de la señal y el rendimiento general de la BCI no invasiva mediante la estimulación de circuitos neuronales específicos.
Si bien la tecnología BCI no invasiva es segura y barata, el hecho de que registre señales a través del cuero cabelludo en lugar de hacerlo desde el interior del cerebro y la calidad de sus señales tienen limitaciones.
Como tal, el grupo de la Universidad Carnegie Mellon ha estado trabajando para mejorar la eficacia de las BCI no invasivas. Este ha llevado al uso de enfoques de aprendizaje profundo para decodificar exactamente lo que uno está pensando y luego facilitar el control de un brazo robótico o un cursor. Ahora, en su última investigación, el grupo utilizó ultrasonido enfocado para una neuromodulación no invasiva de precisión, y los hallazgos mostraron un aumento significativo en el rendimiento de la comunicación BCI basada en EEG.
Los sujetos humanos en el estudio utilizaron un deletreador BCI, que es una ayuda de movimiento visual comúnmente utilizada por personas que no hablan para comunicarse y deletrear frases como “Carnegie Mellon”.
En el estudio, los sujetos se pusieron una gorra de EEG y generaron señales de EEG con solo mirar letras para deletrear las palabras que querían.
Al aplicar un haz de ultrasonido enfocado al área V5 del cerebro, que forma parte de la corteza visual, los investigadores fueron capaces de mejorar el desempeño del BCI no invasivo entre sujetos greatly.
“La Iniciativa BRAIN ha apoyado más de 60 proyectos de ultrasonido desde sus inicios. Esta aplicación única de tecnologías de modulación y grabación no invasivas amplía el conjunto de herramientas, con un impacto potencialmente escalable para ayudar a las personas que viven con discapacidades de comunicación”.
– Dra. Grace Hwang, directora del programa de la Iniciativa BRAIN de los NIH
Todavía otro gran desarrollo Esto se vio el año pasado cuando BCI permitió a un hombre paralítico, después de sufrir una lesión en la médula espinal, no sólo ponerse de pie sino también caminar de forma natural. Esta interfaz cerebro-columna ganó el premio Avance del año de Physics World 2023.
Este sistema incluía dos dispositivos totalmente implantables, uno que registraba la actividad cerebral relacionada con el movimiento de las piernas y el otro estimulaba eléctricamente la médula espinal para controlar los músculos de las piernas. Este creó un “puente digital” que permite caminar a una persona con parálisis de brazos y piernas.
Las señales ECoG del cerebro. fueron monitoreados utilizando una rejilla de electrodos de 64 canales incrustada en una caja de titanio del mismo grosor que el cráneo.
La tecnología fue desarrollada basado en WIMAGINE, un dispositivo médico implantable único capaz de registrar la actividad cerebral en la superficie de la corteza. También se desarrolló un algoritmo de IA dedicado para decodificar en tiempo real la intención de movimiento de un paciente.
En el ensayo clínico del dispositivo, a un hombre de 38 años con una lesión incompleta de la médula espinal cervical debido a un accidente de bicicleta una década antes se le implantaron quirúrgicamente dos dispositivos en el cerebro y un cable de pala en la médula espinal lumbar.
Usando el BSI, el paciente pudo subir escaleras, sortear obstáculos y navegar por terrenos cambiantes. Además, el BSI se mantuvo estable y fiable durante más de un año. de uso sin supervisión.
Pero ¿qué pasa con la seguridad de los dispositivos BCI?
En medio de todo este progreso, ha habido muchas preocupaciones con respecto al manejo de datos neuronales y amenazas a la ciberseguridad, como escuchas cerebrales y ataques de estímulos engañosos. Otra gran preocupación es el perfil de seguridad de la interfaz cerebro-computadora.
Para las BCI invasivas, surge el riesgo de infecciones cerebrales, daño tisular, convulsiones, sangrado y hemorragia. Por el contrario, las BCI no invasivas pueden causar dolores de cabeza, fatiga visual e irritación de la piel debido a la exposición prolongada a campos electromagnéticos.
Si bien estas preocupaciones son legítimas, una estudio realizado por investigadores de la Universidad de Brown analizó cerca de dos décadas de datos de seguridad en ensayos clínicos que probaron la tecnología BrainGate y encontró bajas tasas de eventos adversos.
BrainGate BCI lleva más de veinte años desarrollándose y el último estudio concluye que su neurotecnología debería continuar ser evaluado por su potencial para ayudar a las personas con parálisis a convertir los pensamientos sobre el movimiento en acciones reales y recuperar la función neurológica perdida.
Según la Dra. Leigh R. Hochberg, profesora de ciencias del cerebro en Brown y directora del consorcio académico BrainGate que lidera el desarrollo y las pruebas de la tecnología:
“En el mayor ensayo en curso de interfaces intracorticales cerebro-computadora, el perfil de seguridad provisional informado hoy respalda la posibilidad de que estos sistemas puedan convertirse en neurotecnologías restaurativas para personas con parálisis”.
Si bien la BCI intracortical muestra un enorme potencial en la movilidad y la restauración de la comunidad, Hochberg dijo que para que estos avances se traduzcan realmente en la atención al paciente, todo depende de “si los dispositivos estan acompanados por un grado de riesgo aceptablemente bajo”.
El informe sobre seguridad evaluó poco más de 12,200 días de datos de seguridad que abarcaban 14 participantes de ensayos clínicos pertenecientes al grupo de edad de 18 a 75 años con cuadriparesia resultante de ELA, lesión de la médula espinal o accidente cerebrovascular del tronco encefálico.
Entre 2004 y 2021, cuando todos estos pacientes estaban inscritos en los juicios, Se encontraron 68 eventos adversos relacionados con el dispositivo.. La irritación de la piel fue el problema más común y ocurrió en una pequeña porción del dispositivo.
Seis eventos adversos fueron encontrados estar asociado con el procedimiento quirúrgico. Dos participantes con antecedentes de lesión cerebral traumática sufrieron convulsiones breves después de la operación, pero fueron tratados fácilmente.
A pesar de ser eventos adversos, ninguno de los documentados fue inesperado. Además, ninguno de estos eventos adversos provocó infecciones en el sistema nervioso que requirieran la extracción del dispositivo o provocaron un aumento permanente de la discapacidad.
Si bien los tranquilizadores hallazgos de seguridad del sistema BrainGate Neural Interface han sido un gran paso adelante, aún queda mucho trabajo por hacer, incluido garantizar que los dispositivos se implanten completamente y estén disponibles para los usuarios las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
Empresas que avanzan en el campo de BCI
Synchron, Blackrock Neurotech, Kernel y Emotiv se encuentran entre las muchas organizaciones que trabajan para avanzar en esta tecnología y explorar sus aplicaciones en los sectores médico, cognitivo y de entretenimiento.
La mayoría de estas empresas son de propiedad privada, y es raro ver a empresas públicas avanzar en este ámbito. Los que son públicos se deben a que forman parte de organizaciones más grandes. Por ejemplo, NextMind, que desarrolló un dispositivo BCI no invasivo, fue adquirida por Snap Inc. Otro ejemplo es Ctrl-labs, una startup de interfaz neuronal que fue adquirida por Meta (anteriormente Facebook).
Entonces, echemos un vistazo a algunos nombres destacados que están a la vanguardia de la tecnología BCI:
#1. Neurable
Neurable es una empresa de neurotecnología que desarrolla herramientas basadas en inteligencia artificial para la traducción de señales cerebrales y tecnología BCI. En mayo de 2024, la empresa recaudó 13 millones de dólares, lo que eleva su recaudación total de fondos desde su fundación a más de 30 millones de dólares. A finales de 2019, Neurable recaudó 6 millones de dólares en una ronda de financiación Serie A para ir más allá de las aplicaciones de realidad virtual y desarrollar BCI no invasivo, dos años después de presentar el primer juego de realidad virtual controlado mentalmente del mundo.
Ahora, con la nueva ronda de financiación, la empresa pretende hacer que su tecnología sea “accesible para todos”, dijo el director ejecutivo, Dr. Ramsés Alcaide, y añadió:
“Estamos capacitando a las personas para que comprendan sus EL DESARROLLADOR mente, optimizar el desempeño humano y conquistar los desafíos de salud más apremiantes de nuestra generación”.
#2. Neurociencia de precisión
#396 – Craig Mermel, presidente y CPO de Precision Neuroscience
Esta empresa estableció recientemente un récord mundial por el número de electrodos, 4,096 en total, colocados en el cerebro humano para registrar datos corticales. El desarrollo se produjo como parte de las pruebas de Precision Neuroscience de su interfaz cortical de capa 7. este logro se espera para ayudar a la empresa a “comprender el cerebro de una manera mucho más profunda”.
Neurociencia de precisión fue fundada por Benjamin Rapoport, un neurocirujano que cofundó Neuralink pero lo abandonó por motivos de seguridad.
#3. Neuralink
Paciente de Neuralink lo usa para jugar toda la noche
Fundada por Elon Musk, Neuralink es una empresa privada con sede en EE. UU. que desarrolla BCI de gran ancho de banda para tratar afecciones neurológicas y, en última instancia, mejorar las capacidades cognitivas humanas. la empresa La atención se centra en la creación de dispositivos implantables. que puede leer y estimular un gran número de neuronas.
Más recientemente, la segunda persona con un chip cerebral Neuralink que, a diferencia del primero, permanece completamente adherido al cerebro, utilizó el implante para jugar al popular videojuego Counter-Strike 2. El chip fue plantado. el mes pasado y, según los informes, el paciente tuvo una recuperación “sin problemas”. El paciente había perdido el control de las extremidades tras una lesión en la médula espinal.
Este desarrollo se produjo después de que al primer paciente se le desplazara el 85% de los electrodos conectados a su cerebro, aunque aún podía usar el implante de manera efectiva. La empresa redujo algunas mitigaciones para evitar el problema y no se ha producido ninguna retracción del hilo. sido observado hasta ahora.
Durante su última aparición en el podcast de Lex Fridman, Musk predijo que un humano con un cerebro mejorado con un chip derrotará a un jugador profesional de videojuegos no está tan lejos ahora. Hablando del futuro, Musk también dijo que el objetivo a largo plazo de Neuralink es mejorar la simbiosis entre la IA y los humanos mejorando la capacidad de un individuo para comunicarse a gran escala.
Conclusión
La tecnología BCI ha ido ganando mucha atención e impulso en los últimos años, y este desarrollo no muestra signos de desaceleración. De hecho, constantemente se producen nuevos récords y avances. siendo logrado que apuntan no sólo a permitir que las personas con discapacidades tengan vidas más enriquecedoras sino que también muestran el potencial de mejorar las capacidades de los seres humanos sanos.
Si bien el camino hacia la implementación de esta tecnología es largo por ahora, el progreso continuo muestra que lo que alguna vez fue parte de la ciencia ficción pronto puede convertirse en una realidad.
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