Interfaces Neurales

Lisardo Fernández Cordeiro  –  Pau Mora Murie  –  Ilham Chmiti
Universidad de Valencia  –   ETSE  –  2º GII 
      Establecer los principios generales que, de una manera racional, organizan y orientan el conocimiento de la realidad, así como la inter-relación del ser humano con su entorno, ha dejado de ser un concepto de la filosofía para andar por casa, para pasar a formar parte de una nueva manera de entender las relaciones BM (brain-machine) o de como un ser vivo puede proyectar su voluntad aislando el cerebro de sus actos físicos.
      Nos encontramos ante una de las aseveraciones más defendidas por tantos brujos, expertos en las artes psico-para-a-normales, incluso científicos de talla venidos a menos, la que mantiene a medio planeta absolutamente convencido de su veracidad mucho antes de que los ingenieros bioelectromecánicos y los programadores más avezados, se empeñaran en mover un cacharro rodeado de voltios, con una leve sonrisa. Si bien, en este punto, algún lector avispado podría asegurar conocimiento de una sonrisa que mueve a miles de personas a un peregrinar diario por salas y salones del Louvre en su busca. ¿Quizá Don Leonardo practicara la telekinesia sutil?.
      Las levitaciones en la intimidad del hogar carmelita de nuestra universal Santa Teresa de Jesús reflejan un convencimiento que desde la Grecia más antígua, pasando por los millones de dólares o incluso rublos macizos dedicados al estudio científico de fenómenos como Nelia Mijailova, capaz de mover sin trucos aparentes y sin tocar objeto alguno, hasta Sir William Cookes, responsable de la existencia de la tele gracias a sus investigaciones con los rayos catódicos y el aislamiento de un elemento raro, raro como es el tántalo y capaz de sacar tiempo para acuñar el Espiritismo Científico, convencimiento, decíamos, sobre la capacidad de la mente para mover el mundo con la voluntad como único instrumento, que el ser humano ha mantenido vivo y ajeno a la razón, durante toda su historia.
      Pues, alégrese amable lector, que en las próximas páginas adentraremos su sed de conocimientos en uno de los más esperados desarrollos tecnológicos de todos los tiempos: los interfaces neurales.
      Efectivamente, el conocimiento científico y tecnológico se halla en condiciones de afrontar desarrollos capaces de interpretar el pensamiento, la voluntad, el deseo, con suficiente efectividad como para trasladarlo a una máquina dotada de computación capaz de llevarlo a término.

.1.. introducción o motivaciones intrínsecas
       Una prueba médica tan inocua y normalizada en nuestra cotidaneidad como un electroencefalograma, resultado del descubrimiento de Hans Berger sobre la actividad eléctrica del cerebro humano, se convirtió en 1924, en catalizador mundial de las investigaciones sobre interfaces neurales o Brain-Computer Interfaces (BCI´s).
       El desarrollo de sistemas operando en la frontera entre el cerebro humano y equipos artificiales tanto internos como externos, constituye el centro de las actuales investigaciones en prótesis capaces de paliar daños o deficiencias humanas relacionadas con la actividad cerebral, extrayendo información de los procesos neurales, interpretándolos y decidiendo las acciones que deben asociarse a ellos.
      En la actualidad, implementaciones reales y contrastadas como los implantes cocleares para resolver problemas de audición, las experimentales prótesis retinales o la corrección de deficiencias motoras, constituyen los ejes de un futuro esperanzador en cuanto a la intervención de la bioingeniería en la medicina paliativa se refiere. Esperanzador resulta pensar que enfermedades tan crueles como la esclerosis lateral múltiple, la ceguera, amputaciones, sordera, tetraplejia, autismo  y más, puedan verse superadas con dispositivos que actuando directamente sobre el cerebro, reconduzcan la información que son capaces de generar y que no disponían de caminos adecuados.
Los problemas a los que se enfrenta esta tecnología son evidentes. La biología no casa fácilmente con el silicio. Una cicatriza y une de un modo muy diferente a los dispositivos desarrollados con bases ajenas. Como no se pretenden encapsulamientos de unos por otros, sino más bien interacciones reales, adecuar niveles de ruido, efectos electromagnéticos, suministro de energía y un sinfín más de pequeños inconvenientes, resulta la mar de divertido ver que esto no va a resultar el huevo de Colón al que tan fácilmente se apuntan los especuladores de callejón aficionados a inflar y reventar burbujas sin complejos.
      Por fortuna, algunos paises e instituciones con clara vocación de futuro y visión socio-económica a largo plazo, apuestan por la investigación cientifico-tecnológica como vía de prosperidad y desarrollo. Con ella, se asocian espertos ajenos a la aplicación biomédica de desarrollos como el que nos concierne, elaborando hojas de ruta alternativas, capaces de introducir los interfaces neurales en terrenos paganos y no por ello menos interesantes. Así, la realidad virtual inmersiva, los entronos de computación ubícua, el control de juegos, etc. merecen una especial atención en la aplicación práctica de estos interesantes cacharritos.

.2.. el estado de las cosas estas
      Las interfaces neuronales se consideran como sistemas de transducción bidireccionales que permiten establecer un contacto directo entre el dispositivo técnico y la estructura neurológica, cuyo objetivo es registrar las señales bioeléctricas del cuerpo y la excitación artificial de los músculos y nervios.
      La interfaz neuronal comprende: los electrodos o sensores, las conexiones internas (cables), las conexiones al procesador externo, los circuitos para la adquisición de los datos y la unidad controladora del sistema efector.
      Uno de los elementos clave en la interfaz es el electrodo, encargado de capturar la actividad bioeléctrica o de aplicar las corrientes eléctricas a los tejidos vivos.
      Las interfaces neurales se clasifican como, invasivas, parcialmente invasivas y no invasivas. La diferencia principal entre todos estos tipos consiste en el modo de funcionamiento con respecto a la tecnología electrónica y la neurociencia.
interfaces invasivas 
      Hoy en día, el desarrollo de interfaces neurales invasivas se orientan hacia el restablecimiento o mejora de la vista, el oido o la movilidad a los seres humanos con sistemas conectados directamente a la materia gris del cerebro con intervención de la neurocirugía.

Electrodos penetrantes desarrollados 
por la Universidad de Michigan (izquierda) 
y la Universidad de Utah (derecha).
      El hecho de estar conectado directamente a la materia gris, ofrece una mejor calidad de señal, pero los ocasionales problemas de incompatibilidad biológica , rechazo o infección, provoca que se enquiste, reduciendo la calidad de la señal o cancelándola totalmente.


      William H. Dobelle es uno de los primeros científicos que fue capaz de implementar una interfaz diseñada para restaurar la vista. Su primer prototipo fue implementado en «Jerry», un hombre adulto y ciego en 1978. Una red de 68 electrodos en su corteza visual le permitió percibir ciertos estímulos asociados a la luz.
      El sistema incluye una cámara montada en las gafas, enviando una señal al implante. Originalmente, este implante permite a Jerry percibir matices de gris en un campo limitado de visión con una lenta velocidad de refresco. También se requiere que esté conectado a un sistema muy grande, pero la miniaturización de la electrónica y el mayor rendimiento han permitido finalmente que el sistema sea muy útil.
interfaces parcialmente invasivas
      Las interfaces neurales parcialmente invasivas utilizan un componente implantado dentro del cráneo que no penetra en la masa cerebral. Esta tecnología permite una resolución mejor que los sistemas no invasivos, y presenta menos riesgo que la tecnología invasora.
      La electrocorticografía (ECoG), una de las interfaces parcialmente invasivas, mide la actividad eléctrica en la forma de la electroencefalografía, colocando electrodos en el interior del cráneo. La tecnología de ECoG la han probado en seres humanos, Eric Leuthardt y Daniel Moran de la Universidad de Washington en St. Louis en 2004.
      Se realizó un experimento para permitir a un adolescente jugar Space Invaders usando un implante EcoG28. Esta experiencia ha demostrado que esta técnica ofrece un método rápido, que necesita solamente un poco de adaptación, constituyendo un equilibrio perfecto entre calidad de señal y riesgo para los seres humanos.

Tim Hemmes controla su mano robótica con su propia mente
gracias a la electrocorticografía (ECoG)

interfaces no invasivas
      Las tecnologías no invasivas, por su escaso riesgo, han sido probadas en seres humanos y se basa en utilizar imágenes médicas obtenidas por sensores superficiales. Este tipo de señal se utiliza para inducir movimientos en robots o respuesta en aplicaciones informáticas.
      En la actualidad, estas tecnologías proporcionan una resolución baja porque la señal llega con mucho ruido a causa de la corteza cerebral, pero son mucho más fáciles de llevar. Las ondas cerebrales, en realidad, pueden ser detectadas fácilmente, pero la precisión no es elevada pues no se puede aislar la actividad de una única neurona.
      Existen dos tecnologíaas no invasivas utilizadas en el desarrollo de las interfaces neurales: La electroencefalografía (EEG) y la magnetoencefalografía (MEG).
      La electroencefalografía (EEG) es la tecnología no invasiva que ha sido más estudiada, ya que proporciona una alta resolución temporal, es fácil de implementar, portátil y económica. Sin embargo, es penalizada por la presencia de ruido. Además, su uso requiere una formación intensiva por parte del paciente. Los pacientes necesitan saber modular las ondas del cerebro lo que da una fuerte influencia en el experimento.
      Se desarrolló una interface neural utilizando la tecnología del EEG midiendo las ondas P300(*)generadas por algunos pacientes que están paralizados, que les permite comunicar órdenes, letras y palabras en un ordenador. Esto ha permitido incluso hablar a través de un sintetizador de voz. Muchos otros dispositivos de este tipo se han desarrollado desde entonces, como el casco de realidad virtual, donde, leyendo ondas P300, pueden controlar los elementos de un mundo virtual.

Casco Electroencefalografía (EEG),contiene 256 electrodos
y mide la actividad eléctrica del cerebro.
      La tecnología no invasiva de la magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética funcional, han sido utilizados con éxito como una interfaz cerebro-ordenador. Varios experimentos reportan que los pacientes fueron capaces de jugar al Pong; juego de ordenador en tiempo real mediante el control voluntario de la respuesta hemodinámica del flujo sanguíneo en sus cerebros (la experiencia de biofeedback), y pueden también controlar el movimiento de un robot.
 (*) ondas P300: campos electromagnéticos producido por las corrientes eléctricas producidas por las meuronas en las excitaciones e inhibiciones sinápticas.
.3.. deep brain… facilito
      El estado de la ciencia en el desarrollo de las interfaces neurales podría resultar confuso. Las diferentes líneas de investigación descritas anteriormente, parece que confluyen en los mismos objetivos, pero desde puntos de vista muy diferentes.
      Sin embargo, en este caso, no se trata de diferentes formatos de compresión, por proponer un símil fácilmente reconocible. Al hablar de un tipo de interfaz con un espectro de utilidad extremadamente amplio, se orientan hacia terrenos concretos en los que cada uno de ellos destaca por su relación riesgo-solución más adecuada.
      Así, no se puede pretender, al menos de momento, resolver un problema de audición sin la conexión interna de una serie de electrodos con el nervio vestibulococlear del oído interno. Mucho menos, plantearse jugar al matamarcianos más retro con un implante en el puente encefálico, si con un casco de una docena de electrodos superficiales es más que suficiente.
      Si analizamos las ventajas e inconvenientes de unas técnicas frente a las otras, nos encontraremos describiendo el campo de actuación donde cada uno de los interfaces referidos asegura una resolución más que adecuada a los fines perseguidos.
      Enfermedades relacionadas con fallos en los sensores provistos de serie por nuestra madre naturaleza –oído, vista, olfato,..-, problemas de transmisión de información motriz a los miembros involucrados en ello, capacidad de habla o incluso control de enfermedades mentales producto de la inadecuada relación o trasiego de información interneuronal, solo se pueden intentar resolver actuando en el mismo foco del problema, es decir, invadiendo su posición.
      Afortunadamente, ciertas afecciones o problemas de transmisión neural –note el lector atento que no referimos aplicaciones jocosas o de divertimento ocioso- se pueden acometer desde la intervención cortical, sin invadir la delicada masa cerebral. El grado de precisión para la tarea a desempeñar por el equipo receptor de las señales no es excesivamente crítico, permitiendo grados de control adecuados a la resolución de algunos problemas motrices o de comunicación con el entorno.
      Pese a todo, siempre se busca la resolución del mayor número de problemas con el mínimo coste, preservando al ser humano de intervenciones y procesos duros, incómodos o dolorosos. Así, el desarrollo de interfaces neurales no invasivos deberá desarrollarse buscando el aumento gradual de su precisión. Incluso en la adquisición fiable de información neural en cualquier parte del sistema nervioso y su transducción eficiente al control de prótesis, máquinas, computación ubicua, comunicación o desarrollos de ocio de lo más sofisticado.
.4.. futuro y certezas…. incompatibilidades ígneas
       Imaginar que podríamos estar conduciendo nuestro flamante vehículo magnetopropulsado, flotando a dos centímetros del suelo y sin más equipamiento que un casco wireless diseñado por el friki de moda, puede resultar gracioso. Sin embargo, a estas alturas del trabajo de investigación que nos ocupa, el lector intrépido seguro ha imaginado este ejemplo… o alguno en dirección similar.
       Costará deshacer la costra parapsicológica de todo este devenir tecnológico que, lejos de aprovechar lo que algunos llamar “el desperdiciado potencial del cerebro humano”, lo saca a pasear sin prejuicios, para adentrarse en realidades recreadas a voluntad del usuario sin más limitación que su propia imaginación.
       Visionarios como Mychilo S. Cline con su libro ”Power, Madness and Inmortality. The Future Of Virtual Reality”, Mark Weiser o Adam Greenfield, describen un mundo everyware, donde todo lo que nos redea tiene capacidad de decisión en función de una serie de patrones concebidos para dar servicio a lo que el ser humano precise y decida en cada instante, por el mero hecho de pensarlo. Y no podremos imaginar esta visión sin hechar mano de los ingeniosos dispositivos que, con mayor o menos fortuna, pero siempre con pasión, se han relatado en los apartados anteriores.
       Si será así como se construya el futuro a partir de las certezas tecnológicas en las que nos deselvolvemos con cierto desdén fruto del miedo a lo desconocido, dependerá del combustible que carguen las mentes que ahora mismo se están formando.
.5.. conclusión
       Siempre, las palabras de los sabios han servido de inspiración y guía en los albores de cualquier actividad, máxime en temas de procelosa envergadura como este. Así, nada mejor para concluir que las del famoso mago James Randi:
“Todo aquel que crea en la telekinesis que, por favor, levante mi mano”.
 …y en definitiva, eso se pretende, si bien, de un modo racional y técnicamente correcto.
      La ciencia computacional no establece límites en la interacción hombre-máquina. De hecho, se sirve de disciplinas aparentemente ajenas a su entorno, para avanzar en su implementación eficiente al servicio del ser humano, a su integración con él (BMI).
      En definitiva, los interfaces neurales acercan dos mundos desconocidos en su honda capacidad, con el fin último de intervenir en las limitaciones humanas para resolverlas y, en un nivel superior, relacionarse con entornos cada vez más complejos.
.6.. bibliografía y/o webferencias
 ..http://en.wikipedia.org/wiki/Brain%E2%80%93computer_interface
..http://www.faq-mac.com/29163/universidad-bremen-presenta-interfaz-neural-cebit
..http://www.generacion.net/tag/interfaz-neural
..http://www.infowars.com/articles/science/brain_neural_interfaces.htm
..http://www.ninds.nih.gov/research/npp/index.htm
..http://www.americanscientist.org/issues/feature/2010/1/neural-interfaces
..http://www.bioen.utah.edu/cni/
..http://nitrolab.engr.wisc.edu/
..http://www.youtube.com/watch?v=HSl7ikZ0M1c
..http://neuralinterfaces2012.com/exhibits.htm

0 comentarios sobre “Interfaces Neurales

  1. Por fin he podido entrar en tu blog, no se que pasaba que me daba un error y no había forma.
    una vez dentro y echado un primer vistazo he decidido tomarme tiempo para ir leyendo tus interesantes, académicas, densas, ilustrativas etc. entradas. con temas verdaderamente apasionantes.

    Te deseo que en compañía de los tuyos tengáis unas muy felices Navidades así como un prospero año 2012.
    Un abrazo.

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