Si tuviera que elegir el campo de la neurociencia con más aplicaciones inmediatas en un futuro inmediato sin duda escogería la investigación de interfaces máquina-cerebro, es decir, la búsqueda de maneras de manejar tecnología solamente con la ayuda de nuestro pensamiento.

Muchos estaréis pensando que la tecnología máquina-cerebro está bastante alejada del presente, que es algo que roza la ciencia-ficción, como las naves espaciales o los coches voladores. Sin embargo en la actualidad, este campo va ganando poco a poco terreno, y sus aplicaciones ya están presentes en el mundo de la medicina, la tecnología, e incluso el entretenimiento.

Sin embargo, esta tecnología actual “tiene trampa”. Aún estamos muy lejos de entender del todo como funciona nuestro cerebro, así que si nosotros mismos no entendemos nuestro cerebro, ¿cómo podemos conseguir que sea interpretado por una maquina? En este artículo hablaré sobre los atajos que hemos desarrollado para poder conectar nuestros cerebros a las máquinas, y de hasta donde podremos llegar con esta tecnología.

Primero, tenemos que saber distinguir entre dos tipos de interfaces máquina-cerebro (o IMC). Existen IMCs que funcionan interpretando nuestras ondas cerebrales, y otras IMCs que interpretan la actividad individual de las neuronas de nuestro cerebro. Desde un punto de vista inexperto, estas máquinas podrían parecer prácticamente iguales, pero son radicalmente diferentes, tanto en su uso como en sus aplicaciones.

Las IMCs de ondas cerebrales cada día son más comunes y están más extendidas en el mercado. Si no has oído hablar de ellas es porque no has visitado ninguna juguetería en esta época navideña. Por las estanterías podrás ver un juguete llamado MindFlex, en cuya caja se indica que podrás mover una pelota usando únicamente el poder de tu mente. También en Japón se pusieron de moda el año pasado unas orejas electrónicas llamadas Nekomimi que cambian de posición según tu estado de ánimo. Y no todo son juguetes, la compañía NeuroSky vende un casco de lectura de ondas cerebrales para que diseñes tus propias aplicaciones, e incluso en algunos hospitales este casco se usa para intentar la comunicación con pacientes del síndrome del prisionero.

Las Nekomimi son unas orejas de gato que cambian de posición según tus emociones.

Aunque estos IMCs estén tan extendidos, realmente poca gente llega a entender realmente cómo funcionan y no siempre se interpreta correctamente que es lo que “leen” estos cascos. Las ondas cerebrales reflejan la actividad sumada de todas las neuronas de nuestro cerebro, lo que es útil para procesos en los que usamos todo nuestro cerebro (como dormir o durante una crisis epiléptica) pero es muy poco útil para procesos más complejos (saber que pensamos, que estamos viendo o si estamos levantando un brazo o no). Estos son los mismos sensores que se usan en el registro encefalográfico (o EEG) de los hospitales para medir las crisis epilépticas, pero en los cascos de ventosas del hospital hay muchos sensores en diferentes posiciones que permiten extraer información de diferentes áreas del cerebro. En cambio, en los IMCs de juguete normalmente hay uno o dos sensores, por lo que la información es mínima.

¿Entonces para qué sirven los IMCs de ondas cerebrales? Como decimos, solo dan información general. Con IMCs de este tipo se sabe si estamos dormidos, despiertos o soñando (aunque no de información del contenido del sueño), y también puede saber si estamos concentrados o relajados (cuando nos concentramos, nuestro cerebro al completo produce una onda determinada que llamamos beta, en cambio cuando nos relajamos o meditamos se produce otra onda diferente llamada alfa). Los juguetes para mover una bola o las orejas de gato simplemente interpretan el estado de concentración de la persona. La clave es que podemos concentrarnos o relajarnos de manera consciente, por lo que podemos llegar a tomar el control del estado de nuestras ondas cerebrales. Este proceso se llama biofeedback y es realmente sorprendente. Si somos capaces de observar un medidor de atención somos capaces de modificarlo a nuestro antojo, y esto también ocurre con el pulso y la respiración (siempre y cuando veamos alguna medida a tiempo real). Como el IMC produce una señal realmente binaria (concentrado/relajado) se ha usado este atajo en el desarrollo de sillas de ruedas o ratones de ordenador para pacientes tetrapléjicos. Solo necesitan una orden simple y binaria (adelante/atrás para la silla, arriba/abajo para el ratón) y practicar con sus ondas cerebrales hasta adquirir destreza.

Por otro lado, los IMCs de actividad neuronal son mucho más complejos y recientes, pero mucho más útiles y espectaculares. Su desarrollo comenzó cuando los neurocientíficos fueron conscientes del alcance real del biofeedback. Si observamos la actividad de una neurona individual de nuestro cerebro y entrenamos lo suficiente podemos modificar voluntariamente su actividad. En realidad no modificamos la actividad de únicamente esa neurona, sino que probablemente aprendemos a controlar un circuito neuronal completo (formado por centenares de neuronas) y esta neurona forma parte de la cadena.

Aun así, eso demuestra que realmente podemos modificar los procesos de nuestro cerebro de una manera mucho más fina de lo que podríamos pensar. Esto puede activar vuestras alarmas escépticas y abrir debate sobre la relación entre mente y cerebro (y mucha gente de este campo precisamente acaba dando conferencias que se acercan a la pseudociencia) pero el biofeedback existe, está avalado por cientos de estudios, y su mayor prueba es precisamente la existencia y el funcionamiento de las IMCs de actividad neuronal.

Las IMCs de actividad neuronal necesitan una operación quirúrgica para implantar un chip en el cerebro. La función de este chip es registrar la actividad del máximo de neuronas posibles. Inicialmente los chips eran capaces de registrar sólo 32 neuronas con suerte, pero actualmente un chip localiza y registra hasta 32 millones de neuronas al mismo tiempo, y cada vez se van desarrollando chips con más receptores.

La importancia de registrar el máximo de neuronas posibles es que no todas las neuronas son susceptibles de ser reguladas por biofeedback. Si restamos las neuronas que mueren durante la inserción del chip (sin consecuencias para el paciente) y las que no son compatibles con biofeedback, de los 32 millones de neuronas iniciales sólo son útiles unas 16 neuronas. No tenemos ni idea de en qué procesos están implicadas estas neuronas seleccionadas, ni a que neuronas se conectan o su función en nuestro cerebro. Ni siquiera sabemos porqué podemos modular su actividad de manera consciente. Solo queremos usarlas igual que las ondas cerebrales, para aprovechar el biofeedback y mandar órdenes.

La ventaja es que mientras con las ondas cerebrales solo somos capaces de alternar entre dos estados, 16 neuronas nos dan mucho más juego. Pensemos en una prótesis de brazo robótico que queremos controlar con la mente. Una de las neuronas registradas puede encargarse del movimiento de abrir o cerrar la mano, otra de levantar o bajar el codo, otra del hombro, y otro conjunto de neuronas para los movimientos de derecha a izquierda. De esta manera, podemos realizar un mayor número de acciones con nuestra prótesis.

Podéis pensar que debe ser complicado controlar una prótesis de este tipo, o casi imposible pero lo cierto es que hasta un mono puede hacerlo con un par de meses de entrenamiento diario. (Y cuando digo mono, es literal, la primera prótesis de brazo como la descrita fue usada por uno). Curiosamente, se ha tratado de ver si cambiar la configuración del brazo y asignar otras neuronas a cada proceso el entrenamiento es más fácil o difícil, pero todo apunta a que da igual. No importa el papel que demos a las neuronas que registramos, nuestro cerebro se las arregla para controlar la prótesis de manera adecuada. En el siguiente vídeo puedes ver el primer paciente al que se le implantó este chip y cómo controla el brazo para comer una chocolatina. Sinceramente, parece magia.

Curiosamente, este tipo de prótesis ha encontrado una limitación en la tecnología. Aunque la interfaz funciona, necesita brazos robóticos mucho más precisos y que acepten instrucciones de manera más rápida. Para que el biofeedback funcione, es necesario que la modulación sea todo lo rápida posible y que no haya un retraso de tiempo que no permita al paciente usar la prótesis con soltura. Otro problema es la invasibilidad del proceso (hay que pasar por una operación para poner un chip) y que las defensas de nuestro cuerpo atacarán al chip, matando neuronas valiosas durante el proceso. Por eso, en la actualidad, estos chips tendrían fechas de caducidad (de un par de años) y deberían volver a ser reimplantados. Ahora se están buscando materiales “invisibles” a las defensas de nuestro cuerpo para que funcionen de manera ilimitada.

Como último detalle, me he referido sólo a prótesis de brazo, pero realmente se están logrando hitos mayores. Hace un año, salió el primer prototipo del proyecto Andar de Novo, (dirigido por uno de los mejores científicos en este campo, el brasileño Miguel Nicolelis), un exoesqueleto que se controla con ayuda de este tipo de chip, y que permite andar a un paciente tetrapléjico. Un paciente con este dispositivo dió la primera patada durante el mundial de Brasil 2014. Creo que el vídeo deja claro el futuro que nos espera. No está mal para unos seres humanos que aún no entienden su cerebro.

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