Recientemente, una conexión de cerebro a computadora permitió que las personas con debilidad severa de las extremidades tipeen a través del control cerebral directo a las velocidades y niveles de precisión más altos reportados hasta la fecha.

Dos de los participantes tienen esclerosis lateral amiotrófica, también llamada enfermedad de Lou Gehrig, y uno tiene una lesión en la médula espinal.

Cada uno de ellos tenía una o dos matrices de electrodos del tamaño de una aspirina infantil colocadas en sus cerebros para registrar señales de la corteza motora, una región que controla el movimiento muscular. Las señales se transmitían a una computadora a través de un cable y se traducían mediante algoritmos en comandos de apuntar y hacer clic para guiar un cursor hacia los caracteres de un teclado en pantalla.

Cada participante, después de un entrenamiento mínimo, dominó la técnica lo suficiente como para superar los resultados de cualquier prueba previa de interfaces cerebro-computadora, o BCI, para mejorar la comunicación entre personas con un movimiento similarmente afectado. Cabe destacar que alcanzaron las tasas de tipeo sin el uso de la asistencia automática para completar palabras, común en aplicaciones de teclado electrónico hoy en día, lo que probablemente habría impulsado su desempeño.

Un participante, Dennis Degray de Menlo Park, California, pudo escribir caracteres correctos de 39 por minuto, equivalentes a aproximadamente ocho palabras por minuto.

Este enfoque de apuntar y hacer clic podría aplicarse a una variedad de dispositivos informáticos, incluidos teléfonos inteligentes y tabletas, sin modificaciones sustanciales, dicen los investigadores. Sus hallazgos aparecen en la revista ELIFE.

"Este es como uno de los mejores videojuegos con los que alguna vez he jugado. Y ni siquiera tengo que poner un cuarto en eso ".

"El éxito de nuestro estudio marca un hito importante en el camino hacia la mejora de la calidad de vida para las personas con parálisis", dice Jaimie Henderson, profesor de neurocirugía en la Universidad de Stanford, quien realizó dos de los tres procedimientos de implantación de dispositivos en Stanford Hospital. El tercero tuvo lugar en el Hospital General de Massachusetts.

"Este estudio informa la mayor velocidad y precisión, por un factor de tres, sobre lo que se ha demostrado antes", dice el autor principal junto Krishna Shenoy, profesor de ingeniería eléctrica. "Nos acercamos a la velocidad a la que puede escribir texto en su teléfono celular".

"El rendimiento es realmente emocionante", dice el ex becario postdoctoral Chethan Pandarinath, que ahora tiene un nombramiento conjunto en la Universidad de Emory y el Instituto de Tecnología de Georgia como profesor asistente de ingeniería biomédica. "Estamos logrando tasas de comunicación que muchas personas con parálisis de brazos y manos encontrarían útiles. Ese es un paso crítico para fabricar dispositivos que podrían ser adecuados para el uso en el mundo real ".

El laboratorio de Shenoy fue pionero en los algoritmos utilizados para decodificar las complejas descargas de señales eléctricas disparadas por las células nerviosas en la corteza motora, el centro de comando del cerebro para el movimiento, y las convierte en tiempo real en acciones ejecutadas ordinariamente por la médula espinal y los músculos.

"Este uso de algoritmos BCI de alto rendimiento en los ensayos clínicos en humanos demuestra el potencial de esta clase de tecnología para restaurar la comunicación a las personas con parálisis", dice el erudito postdoctoral Paul Nuyujukian.

'Estaba sacando la basura bajo la lluvia'

Millones de personas con parálisis viven en los Estados Unidos. A veces su parálisis se produce gradualmente, como ocurre en la ELA. A veces llega de repente, como en el caso de Degray.

Ahora 64, Degray se cuadripléjico en octubre 10, 2007, cuando cayó y sufrió una lesión en la médula espinal que le cambió la vida. "Estaba sacando la basura en la lluvia", dijo. Con la basura en una mano y el reciclaje en la otra, resbaló en la hierba y aterrizó en su barbilla. El impacto salvó su cerebro, pero dañó gravemente su espina dorsal, cortando toda comunicación entre su cerebro y la musculatura de la cabeza hacia abajo. "No tengo nada pasando debajo de la clavícula", dice.

Degray recibió dos implantes de dispositivo en manos de Henderson en agosto 2016. En varias sesiones de investigación posteriores, él y los otros dos participantes del estudio, que se sometieron a cirugías similares, fueron alentados a intentar o visualizar patrones de movimientos deseados del brazo, la mano y los dedos. Las señales neuronales resultantes de la corteza motora fueron extraídas electrónicamente por los dispositivos de grabación integrados, transmitidos a una computadora y traducidos por los algoritmos de Shenoy en comandos que dirigen un cursor en un teclado en pantalla hacia los caracteres especificados por los participantes.

El veloz zorro marrón…

Los investigadores calcularon las velocidades a las que los pacientes podían copiar correctamente frases y oraciones, por ejemplo, "El rápido zorro marrón saltó sobre el perro perezoso". Las tasas promedio fueron 7.8 palabras por minuto para Degray y palabras 6.3 y 2.7 por minuto, respectivamente, para los otros dos participantes.

El sistema de investigación utilizado en el estudio, una interfaz cerebro-computadora intracortical llamada Sistema de interfaz neuronal BrainGate, representa la generación más nueva de BCI. Las generaciones anteriores captaron señales primero a través de cables eléctricos colocados en el cuero cabelludo, y luego se colocaron quirúrgicamente en la superficie del cerebro debajo del cráneo.

Un BCI intracortical utiliza un pequeño chip de silicio, un poco más de un sexto de pulgada cuadrada, del cual sobresalen los electrodos 100 que penetran en el cerebro hasta aproximadamente el cuarto y aprovechan la actividad eléctrica de las células nerviosas individuales en la corteza motora.

Henderson comparó la resolución mejorada resultante de la detección neuronal, en comparación con la de las BCI de la generación anterior, con la de entregar medidores de aplauso a los miembros individuales de una audiencia de estudio en lugar de simplemente colgarlos en el techo, "para que pueda ver cuán difícil y qué tan rápido aplaude cada persona en la audiencia ".

Sistema inalámbrico 24 / 7

Llegará el día, más cercano a cinco años que 10 a partir de ahora, predice Shenoy, cuando un sistema inalámbrico auto-calibrado y completamente implantado se pueda utilizar sin la ayuda de un cuidador, no tiene un impacto cosmético. y puede usarse todo el día.

"No veo ningún desafío insuperable", dice. "Conocemos los pasos que debemos seguir para llegar allí".

Degray, quien continúa participando activamente en la investigación, sabía cómo escribir antes de su accidente, pero no era un experto en eso. Describió su proeza recién revelada en el lenguaje de un aficionado a los videojuegos.

"Este es como uno de los mejores videojuegos con los que he jugado", dice. "Y ni siquiera tengo que poner un cuarto en eso".

La asistente de investigación de Stanford Christine Blabe también es coautora del estudio, al igual que los investigadores de BrainGate del Massachusetts General Hospital y la Universidad Case Western.

La financiación provino de los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Asuntos Postdoctorales de Stanford, la Fundación Craig H. Neilsen, el Programa de Formación de Científicos Médicos de Stanford, Stanford BioX-NeuroVentures, el Instituto de Stanford para la Neuroinnovación y Neurociencia Traslacional, el Instituto de Neurociencias de Stanford , Larry y Pamela Garlick, Samuel y Betsy Reeves, el Instituto Médico Howard Hughes, el Departamento de Asuntos de Veteranos de EE. UU., El Instituto MGH-Dean de Investigación Integrada sobre Fibrilación y Accidente Cerebrovascular y el Hospital General de Massachusetts.

La Oficina de Licencias Tecnológicas de Stanford posee propiedad intelectual sobre los avances de ingeniería intercorticales relacionados con BCI realizados en el laboratorio de Shenoy.

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Fuente: Bruce Goldman para Universidad de Stanford

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