Tendencias21

La movilidad artificial puede conseguirse con un simple parpadeo

En las últimas décadas, los científicos han ido investigando para crear artefactos que devuelvan cierta movilidad a los afectados por enfermedades paralizantes. Los logros han ido desde entonces desde la comunicación por el parpadeo hasta la movilidad de extremidades artificiales. Los intentos se centran ahora en el desciframiento de señales sin necesidad de cirugía intra craneal. Por Marta Morales.

Artificial Mobility for Paralysis Victims Can be achieved by simply blinking. In the last decade scientists have been researching devices that can help give mobility back to those suffering from paralysis. Scientists are working to create artificial extremities that can be commanded and operated by blinking. The research is currently focused on how to create devices that can be operated without patients having to undergo brain surgery. By Marta Morales.

La movilidad artificial puede conseguirse con un simple parpadeo

En la universidad de Tübingen, en Alemania, la neurobióloga Andrea Kübler trabaja con un paciente de 49 años que sufre una enfermedad degenerativa llamada esclerosis amiotrópica lateral, que provoca pérdida de musculatura y parálisis. Las funciones motoras de este paciente están completamente mermadas desde hace 14 años. De un tiempo a esta parte, sin embargo, puede comunicarse con sus cuidadores con un simple parpadeo.

La comunicación con las personas que nos rodean es imprescindible para mantener la calidad de vida. Kübler ha conseguido que este paciente la recupere gracias al movimiento de un cursor en una pantalla a través de un simple guiño ocular, que refleja sus intenciones mentales, señala la revista Sciencenews .

Kübler es uno de los científicos que, en diversas partes del mundo, desarrollan herramientas neurológicas que permiten a los pacientes flexionar extremidades mecánicas, dirigir una silla de ruedas motorizada o enviar órdenes a robots para que atiendan sus necesidades. En definitiva, recuperar esa calidad de vida perdida y que puede incluso aislar a los enfermos por completo de su entorno inmediato.

Se trata de máquinas con un interfaz que relaciona con su entorno a los pacientes que mantienen sus funciones cerebrales intactas a pesar de la parálisis que padecen en el resto del cuerpo.

Dos categorías

En las últimas tres décadas, los científicos que han trabajado en este tipo de artefactos tecnológicos han realizado una gran cantidad de investigaciones, algunas de ellas aplicadas a pacientes, aunque la mayoría son aún experimentales. Todos los aparatos que han resultado de estas investigaciones se pueden agrupar en dos categorías: aquellos que introducen corrientes eléctricas en el cerebro y los que captan las salidas de corrientes eléctricas desde el cerebro.

Varios artefactos terapéuticos entran dentro del primer grupo: por ejemplo, los que convierten las ondas sonoras en pulsaciones eléctricas que estimulan el nervio auditivo hasta hacer que los sordos “oigan”. La segunda categoría de aparatos, conocidos como prótesis neuronales, están compuestos por electrodos que son mucho más pequeños y precisos que los que se utilizan para estimular neuronas. El problema de estos aparatos radica en que se deben descifrar las señales que llegan a través de ellos del cerebro.

Aunque los científicos pueden captar las señales cerebrales radiadas hacia el cuero cabelludo en forma de ondas electroencefalográficas, estas señales indirectas son mucho más débiles que las pulsaciones eléctricas generadas en las propias células del cerebro. Por lo tanto, para descifrar las ondas cerebrales muchos científicos han optado por ir directamente a las fuentes: las neuronas individuales que están dentro del cerebro. Si se toman estas señales directamente, se puede saber cómo, por ejemplo, el cerebro ordena que se mueva un brazo.

Recepción directa

Los investigadores originalmente recogieron las señales pinchando neuronas con voluminosas agujas. Sin embargo, hoy por hoy, un electrodo de un diámetro similar al de una aspirina infantil puede albergar más de 100 agujas finísimas, cada una de ellas más fina que un cabello humano. Con las agujas asomando por fuera de su plataforma, como una pequeña cama de clavos de faquir, cada electrodo tiene la capacidad de registrar numerosas neuronas al mismo tiempo.

Richard Andersen, neurocientífico del California Institute of Technology, en Pasadena, ha utilizado, junto a sus colegas, en los últimos seis años, estos electrodos para grabar la actividad cerebral de monos de La India.

Sus estudios se han centrado en la corteza parietal posterior del cerebro y en la corteza premotora, dos áreas cerebrales que, según los investigadores, “planean” los movimientos antes de que el cuerpo realmente los realice. Con el registro de los impulsos de estas áreas, los científicos han podido en efecto descifrar las intenciones del cerebro para, acto seguido y gracias a un programa informático, llevarlas a aparatos que actúan según las intenciones de los pacientes imposibilitados.

Según Andersen, los electrodos deben colocarse en regiones del cerebro que permitan a los pacientes paralizados comunicar sus sentimientos más profundos como, por ejemplo, su alegría al recibir una visita. Andersen señala que realmente se pueden conocer incluso las emociones con estos electrodos.

Experimentación en personas

Hasta ahora, la mayoría de los investigadores han probado sus prototipos neuronales en laboratorios con animales (monos o ratas). Sin embargo, dos científicos han implantado estos artefactos en personas. En 1996, lo hizo el neurólogo Philip Kennedy de la empresa Neural Signals, situada en Atlanta (Estados Unidos). Fue el primer electrodo probado en humanos y consistía en un fino cono de cristal del tamaño de la punta de un bolígrafo.

En el cono habían sido instalados tres cables conductores de electricidad y una cantidad muy pequeña de un factor de crecimiento neuronal, una proteína que incentivaba a las neuronas a extenderse hacia el interior del electrodo, de manera que éste pudiera recibir mejor sus señales.

El aparato se introduce en el cráneo, desde el que transmite señales a receptores externos. Uno de los pacientes que sufrió el implante, y que padecía una importante parálisis, aprendió gracias a este aparato a controlar un cursor en la pantalla de un ordenador, así como a escribir palabras (a tres caracteres por minuto) usando sólo su cerebro.

La movilidad artificial puede conseguirse con un simple parpadeo

Sistema BrainGate

El pasado mes de mayo, John Donoghue y sus colegas de la empresa Cyberkinetics en Foxboro, Massachussetts, se conviertieron en el segundo equipo que implanta electrodos neuronales en humanos. Con el sistema BrainGate, creado por ellos, los pacientes comenzaron a abrir su e-mail, cambiar los canales de televisión, a encender y a apagar luces y a mover un brazo robotizado.

Aunque los pacientes hayan perdido su movilidad años atrás, se ha demostrado que las áreas del cerebro que controlan los brazos y las manos siguen intactas, por lo que pueden dar órdenes a elementos externos a través de los electrodos. Cyberkinetics espera sacar el sistema BrainGate al mercado en el año 2007.

El hecho de implantar los electrodos en el interior del cerebro genera algunos problemas. Aunque son artefactos sellados, existe el temor a que se generen infecciones. Por otro lado, al ser introducidos en el cerebro, dejan una pequeña cicatriz que a veces se humedece, impidiendo que las señales eléctricas salgan con una fluidez óptima para que sean descifradas.

Electrodos externos

Algunos científicos predicen que la solución a estos problemas está en el desarrollo de aparatos que no necesiten ser implantados sino que permanezcan fuera del cerebro, y al mismo tiempo sean capaces de captar las señales neuronales con la misma intensidad que si estuvieran dentro.

En el número de diciembre de 2004 del Proceedings of the National Academy of Sciences, el profesor Jonathan R. Wolpaw, del Wadsworth Center de Nueva York, y sus colegas han publicado una investigación que demuestra lo que se ha avanzado en los métodos de electrodos externos.

En ella, cuatro pacientes con diferentes tipos de parálisis pueden operar con un cursor en una pantalla fácilmente y con rapidez sin necesidad de implantes quirúrgicos. Para aprender a variar la intensidad de las ondas del cerebro, cada sujeto ha aprendido a mover el cursor en cualquier dirección a diferentes velocidades.

Se trata de un sistema externo que constituye una alternativa de control y de comunicación para enfermos con parálisis severas, consecuencia de daños cerebrales o de la espina dorsal. Las señales emitidas por el cerebro son traducidas por un ordenador a señales físicas, como mover un cursor en una pantalla de ordenador.

En el llamado sistema Wadsworth, los usuarios llevan una especie de “gorro” con un electrodo que detecta la actividad electroencefalográfica del cuero cabelludo y recoge las ondas específicas del cerebro. Un algoritmo adaptable analiza las señales y se centra en aquéllas que permiten a los pacientes un mayor control según van aprendiendo a usar sus pensamientos para dirigir el cursor informático a un objetivo determinado de la pantalla. Según va mejorando el aprendiz, el algoritmo se adapta de nuevo.

Según Wolpaw y su equipo, los resultados conseguidos en laboratorio con este nuevo sistema no invasivo son alentadores: las personas que lo han probado han conseguido un control del cursor bidimensional comparable a los logros conseguidos por primates con electrodos implantados. Las mejoras en este nuevo artefacto vendrán dadas por los avances en el algoritmo adaptable que permitirán un mejor procesamiento de las señales del cerebro.

El trabajo de estos científicos sugiere ya por lo tanto que un sistema de este tipo, que no requiere implantación quirúrgica de electrodos en el cerebro, podrá mejorarse hasta realizar tareas más sofisticadas, como el manejo de un brazo artificial o el de un ratón virtual de ordenador.

Temas relacionados:

Consiguen que una prótesis robotizada se active por impulsos cerebrales

Científicos alemanes desarrollan el primer ordenador que lee el pensamiento

Crean un ordenador capaz de detectar la ‘intención’

Marta Morales

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • El núcleo de la Tierra podría estar a punto de estallar: habría volcanes a 5.000 kilómetros de profundidad 11 febrero, 2025
    Un estudio revela que el núcleo interno de la Tierra está cambiando de forma misteriosa y aún incierta: los científicos han desvelado que el núcleo interno giratorio no solamente modifica su velocidad de rotación, sino que también parece cambiar de forma, con variaciones que se manifiestan a través de las ondas acústicas que se propagan […]
    Redacción T21
  • Una exposición muestra el camino a la extinción de millones de seres vivos marinos conscientes 11 febrero, 2025
    Ecos del océano, una exposición que une ciencia, tecnología, arte y creatividad, muestra los ecos que surgen en la mente de una ballena cuando tropieza con la contaminación sonora generada por la actividad humana. Una experiencia inmersiva invita a preservar el equilibrio entre el ser humano, la naturaleza y el resto de especies que conviven en […]
    Alejandro Sacristán (enviado especial).
  • La IA ya supera a los humanos en el fraude digital 10 febrero, 2025
    Un nuevo estudio destaca la creciente sofisticación de los grandes modelos de lenguaje (LLM), la estructura detrás de los chatbots de IA más conocidos, para crear estrategias de fraude cibernético. Estos modelos pueden diseñar campañas de phishing hiperpersonalizadas y persuasivas, a una fracción del coste y el tiempo que requieren los métodos tradicionales desarrollados por […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Alerta: Creciente riesgo de que restos de cohetes afecten zonas de intenso tráfico aéreo 10 febrero, 2025
    Un nuevo estudio publicado en la revista Scientific Reports advierte sobre el aumento del peligro que representa la basura espacial para la aviación comercial. La investigación, realizada por científicos de la Universidad de Columbia Británica, en Canadá, concluye que existe una probabilidad anual del 26% de que los desechos de cohetes espaciales reingresen a la […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Los cantos de las ballenas son similares al lenguaje humano: puedes comprobarlo aquí 10 febrero, 2025
    Los científicos han descubierto la misma estructura o conjunto de patrones rítmicos que son un sello distintivo del lenguaje humano en el canto de las ballenas jorobadas: los hallazgos muestran que incluso especies tan disímiles evolutivamente pueden compartir sistemas de comunicación que se transmiten culturalmente de generación en generación.
    Redacción T21
  • El Rapto del Mundo: la democracia naufraga en la era del ultraliberalismo, pero no ha sido conquistada 10 febrero, 2025
    Lo que está pasando con la democracia puede compararse con el mito del rapto de Europa: seducida con engaños, se ha adentrado en un proceso de erosión de las instituciones, polarización social y desregulación económica que la aleja de su inspiración humanista. ¿Estamos presenciando el nacimiento de un nuevo orden político global?
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • La IA puede ser más creativa que los seres humanos 9 febrero, 2025
    La IA puede superar a la mayoría de los humanos en tareas de pensamiento creativo, según un nuevo estudio: los chatbots de IA de modelo de lenguaje grande (LLM) pueden superar al humano promedio en una tarea de pensamiento creativo en la que el participante idea usos alternativos para objetos cotidianos, un ejemplo en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • El primer conectoma del cerebro de un insecto revoluciona la neurociencia 8 febrero, 2025
    Los científicos han conseguido por primera vez establecer el diagrama de las conexiones sinápticas del cerebro de un insecto que tiene 100.000 neuronas, toda una proeza para comprender mejor al cerebro humano y potenciar la Inteligencia Artificial.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Producir energía limpia cultivada en hojas: ¿el camino hacia la sostenibilidad energética? 7 febrero, 2025
    Los científicos han desarrollado “nanoflores” de cobre que imitan la fotosíntesis, ofreciendo una nueva forma de convertir el dióxido de carbono en fuentes de combustible y productos químicos, transformando potencialmente las estrategias a través de las cuales generamos energía limpia.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Los perros que son capaces de aprender permanecen jóvenes por más tiempo 7 febrero, 2025
    Los telómeros cumplen un papel crucial en la protección de los cromosomas: con el envejecimiento y la oxidación celular, se van acortando y promueven el deterioro de distintas funciones orgánicas. Un nuevo estudio ha demostrado que los perros domésticos (Canis lupus familiaris) que se mantienen entrenados y adquieren permanentemente nuevas capacidades preservan por más tiempo […]
    Pablo Javier Piacente / T21