Una singular combinación de esfuerzo mental y tecnología de punta permitió a un hombre con lesión de la médula espinal cervical comunicarse con otros por medio de un mensaje escrito con la mente en la pantalla de una computadora.
El logro del hombre fue posible gracias al esfuerzo realizado por un grupo multidisciplinar de neurocientíficos, bioingenieros y expertos en Inteligencia Artificial (IA) de las universidades de Stanford, Brown y Harvard, en Estados Unidos.
Los científicos implantaron en el cerebro de este hombre, bautizado como T5 para respetar su intimidad, un software de IA conectado a una interfaz cerebro-computadora (ICC o BCI, del inglés Brain Computer Interface) para que consiguiera realizar esta proeza.
Mecanismo
Los autores del invento indican que las interfaces cerebro-computadora (BCI) pueden restaurar la comunicación con las personas que han perdido la capacidad de moverse o hablar.
Agregan que hasta ahora el enfoque principal de la investigación de BCI se centró en restaurar las habilidades motoras gruesas, como alcanzar y agarrar o escribir con un cursor de computadora.
Sin embargo, puntualizan, las secuencias rápidas de comportamientos muy diestros, como la escritura a mano o la mecanografía, pueden permitir velocidades de comunicación más rápidas.
Por ello se dieron a la tarea del desarrollo de una BCI intracortical que decodifica los movimientos de escritura a mano intentados a partir de la actividad neuronal en la corteza motora y lo traducen a texto en tiempo real, utilizando un enfoque de decodificación de red neuronal recurrente.
Así, luego de una cirugía en la parte de la corteza motora donde el cerebro guarda cuándo y cómo aprendimos a escribir, los investigadores colocaron en T5 dos chips con 100 electrodos y le animaron literalmente a pensar lo que estaba escribiendo.
Esta BCI captó una actividad eléctrica que seguía el mismo patrón cuando el hombre imaginaba que escribía la misma letra.
Luego de entrenar al algoritmo de Inteligencia Artificial durante varios días el sistema fue capaz de escribir cada trazo, incluso comas, acentos o signos de interrogación, con una proporción de error muy baja.
Innovación
Los autores exponen que dichas señales neuronales se envían a través de cables a una computadora donde los algoritmos de IA decodifican las señales y deducen el movimiento previsto de la mano y los dedos de T5.
Estos algoritmos diseñados en el Laboratorio Traslacional de Prótesis Neurales de Stanford permitieron al voluntario escribir con la mente a una velocidad de 90 caracteres por minuto con 94.1% de precisión, más del doble de rápido de lo que podía cuando usaba un método anterior también desarrollado por los investigadores de la Universidad de Stanford y dado a conocer públicamente en 2017.
Como recuerdan los autores del estudio publicado en la revista científica Nature, T5 logró en 2017 una velocidad de escritura de 40 caracteres por minuto con el anterior BCI. Era todo un logro, en particular si se compara con otras interfaces que también intentan algoritmos de Inteligencia Artificial.
Krishna Shenoy, quien junto a Jaimie Henderson, profesor de Neurocirugía, son los creadores de este nuevo algoritmo, cuenta que para esta IA es más fácil anticipar las curvas de la letra A o la R que una línea recta: “La razón es que en un breve periodo de tiempo, digamos medio segundo, se puede escribir a mano una forma compleja como la de una letra y eso proporciona una marca distintiva de actividad neuronal única que nos permite decodificar fácilmente esta señal para predecir la letra deseada”.
Por el contrario, dice, “en medio segundo uno puede moverse en línea recta en diferentes direcciones, pero esa señal no se distingue tan fácilmente de las otras direcciones”.
Así que, concluye, “la escritura a mano permite una decodificación más fácil y por tanto un ritmo de tecleo en una pantalla relativamente más rápido”.
Frank Willett, principal autor de esta investigación e integrante del Neural Prosthetics Translational Lab, señala que se observó que “el cerebro conserva su capacidad para prescribir movimientos finos una década después de que el cuerpo ha perdido su capacidad para ejecutar tales movimientos”.
Por su lado Jaimie Henderson, profesor de Neurocirugía de la Universidad de Stanford y otro de los líderes del trabajo, afirma que “los hallazgos podrían impulsar nuevos avances que beneficien a millones de personas en el mundo que han perdido el uso de sus extremidades superiores o su capacidad de hablar debido a lesiones de la médula espinal, derrames cerebrales o esclerosis lateral amiotrófica, también conocida como enfermedad de Lou Gehrig”.
Retos
Los diseñadores de este invento indican que aún se necesitan muchos avances antes de salir del laboratorio, además de observar cómo este algoritmo funciona con otros alfabetos que no sean ni el inglés ni los demás que tienen como base el latín.
Sin embargo, indican optimistas, lidiar con la forma de escribir particular de cada uno no debe ser difícil para un algoritmo diseñado para aprender.
Más complicada es la parte mecánica del sistema. La colocación de electrodos en el cerebro no es tarea fácil, aunque ya se hace de forma rutinaria con técnicas como la estimulación cerebral profunda en los casos de Parkinson, que se pasan años con chips bajo su cráneo.
Pero estos electrodos solo emiten pulsos eléctricos y los de una interfaz cerebro-computadora como el ahora demostrado necesitan leer la actividad cerebral y enviar los datos de forma inalámbrica.
Y aunque todavía quedan muchos detalles de ingeniería por delante para ajustar, el experimento supone un gran avance en el terreno de las BCI y da esperanzas a quienes desde años atrás sufren de alguna parálisis.
RECUADRO
Interfaces cerebro-computadora
Una interfaz cerebro-computadora o BCI, por sus siglas en inglés (Brain Computer Interface), es un entorno de transmisión directa de información de actividad cerebral a un computador que la decodifica, ordena y utiliza. En otras palabras, estas herramientas nos permiten controlar programas informáticos utilizando los impulsos eléctricos de nuestro cerebro. Con esta tecnología podemos controlar desde entornos informáticos hasta máquinas, en tiempo real y solo con nuestros pensamientos. Esta tecnología está cada vez más cerca de alcanzar a la ciencia ficción. No abre así las puertas de una nueva generación de interacciones hombre-máquina. Es decir, permite la comunicación directa entre el cerebro y dispositivos electrónicos que convierten nuestros pensamientos en comandos y órdenes. En un futuro se espera que el hombre tenga la posibilidad real de controlar dispositivos con la mente.
Fuente: NeuroClass