INTERFACES CEREBRO-COMPUTADORAS

 

¿Qué es una interfaz cerebro-computadora? ¿Cómo funciona? 

Una interfaz cerebro-computadora (ICC) es un sistema que determina  la intención funcional  —el deseo de cambiar, mover, controlar o interactuar con algo en tu entorno— directamente a partir de tu  actividad cerebral . En otras palabras, las ICC te permiten controlar una aplicación o un dispositivo usando  solo tu mente . 

Normalmente, cuando queremos controlar o interactuar con un dispositivo en nuestro entorno ( por ejemplo, una lámpara ), primero decidimos qué queremos hacer ( encender la lámpara) , luego coordinamos y usamos los músculos de nuestros brazos, piernas, manos, pies, etc., para ejecutar esa acción ( extender el dedo y presionar el interruptor de encendido/apagado de la lámpara) y finalmente el dispositivo responde a esa acción ( la lámpara se enciende) . Las interfaces cerebro-computadora (BCI) evitan ese paso intermedio de coordinación y uso de los músculos para ejecutar la acción deseada, y en su lugar utilizan una computadora para identificar la acción prevista y luego controlar la aplicación/dispositivo directamente. Por ello, las BCI se están investigando como una  tecnología de acceso prometedora para personas con discapacidades físicas graves que tienen un control limitado y fiable sobre sus músculos y cuerpos.

El uso de una interfaz cerebro-computadora (BCI) elimina la necesidad de controlar voluntariamente los músculos para interactuar con los dispositivos que nos rodean. La computadora reemplaza la ejecución de un movimiento físico, traduciendo la acción deseada y controlando el dispositivo directamente.

Una interfaz cerebro-computadora tiene tres partes principales: 

1. Un  dispositivo  para  medir  la actividad cerebral. Generalmente consisten en unos auriculares, una gorra o una diadema con sensores especializados integrados para detectar y registrar las señales provenientes del cerebro. 
2. Un  ordenador  para  procesar y analizar  la actividad cerebral registrada. El software BCI intentará interpretar la acción deseada por el usuario a partir de la actividad cerebral recibida, utilizando métodos y algoritmos de procesamiento especializados.
3. Una  aplicación/ dispositivo  para  controlar.  Una vez que la computadora ha "determinado" lo que el usuario quiere hacer, envíe una señal a la aplicación/dispositivo para ejecutar ese comando ( por ejemplo, de nuestro ejemplo anterior, encienda una lámpara) .

Otro aspecto importante de una interfaz cerebro-computadora (BCI) es  la retroalimentación : el sistema debe informar al usuario qué decisión  o  acción prevista  interpretará el ordenador. En nuestro ejemplo anterior, el encendido de la lámpara indica al usuario que la BCI identificó correctamente la acción que deseaba. Proporcionar retroalimentación ayuda al usuario  a adaptarse  al sistema BCI, aprendiendo a controlar y ajustar su actividad cerebral, del mismo modo que aprendemos a coordinar y controlar nuestros músculos y nuestro cuerpo. 

Los pasos de una interfaz cerebro-computadora (BCI) son los siguientes: primero se registra la actividad cerebral, luego se procesa para determinar la intención del usuario, después se envía una señal de comando a la aplicación que se va a controlar y, finalmente, la retroalimentación le indica al usuario si su acción fue exitosa.

¿Qué quieres decir exactamente con "actividad cerebral"?

Tu cerebro está formado por millones de células llamadas neuronas . Estas neuronas trabajan juntas en grandes redes para coordinar y controlar los procesos de tu cuerpo, desde comprender lo que ves, oyes, hueles, saboreas y sientes, hasta ejecutar movimientos y regular tu respiración, ritmo cardíaco y metabolismo.

Las neuronas se comunican mediante señales electroquímicas . Cuando una neurona se activa , genera una señal eléctrica que transmite a la siguiente neurona de la red, que a su vez la transmite a la siguiente, y así sucesivamente. De esta forma, la información viaja rápidamente por todo el cerebro, conectando diferentes áreas responsables de distintos procesos y partes del cuerpo.

Una sola neurona no genera mucha actividad eléctrica, pero la actividad colectiva de las neuronas dentro de estas redes produce suficiente actividad eléctrica como para ser detectada fuera de la cabeza. Podemos medir esta actividad eléctrica colocando sensores especiales llamados electrodos en la cabeza. A menudo colocamos muchos electrodos en una gorra, auriculares o diadema para registrar la actividad eléctrica proveniente de diferentes regiones del cerebro. Este método de medición externa de la actividad eléctrica del cerebro se denomina electroencefalografía o EEG. Muchos sistemas BCI utilizan EEG para registrar la actividad cerebral, aunque este no es el único método.

Un ejemplo de auriculares EEG para medir la actividad eléctrica cerebral. Se trata del Emotiv Epoc X, un auricular ajustable con catorce sensores (electrodos) para registrar y monitorizar la actividad eléctrica cerebral.

https://www.emotiv.com/epoc-x/

Un gráfico de la actividad electroencefalográfica (EEG) para 14 ubicaciones diferentes de electrodos alrededor de la cabeza.

¿Entonces no necesitas cirugía para usar una interfaz cerebro-computadora? 

Es posible que hayas oído hablar de las interfaces cerebro-computadora (ICC) implantables o invasivas.  Estos sistemas implican la implantación quirúrgica de sensores directamente en la superficie del cerebro. También  miden la actividad eléctrica de las neuronas, pero como esto no tiene que atravesar huesos, piel ni cabello para llegar al sensor, la señal registrada es mucho más intensa. Se están estudiando las ICC invasivas porque estas señales más potentes podrían permitirnos desarrollar sistemas más precisos o complejos que aquellos que registran señales desde fuera del cuero cabelludo, como las ICC basadas en EEG.

Por otro lado, las interfaces cerebro-computadora no invasivas , incluidas las que utilizan EEG,  no  requieren cirugía. Son totalmente seguras y no causan dolor (salvo una leve molestia para quienes tienen el cuero cabelludo muy sensible). Nuestro programa se centra en sistemas de interfaces cerebro- computadora no invasivas basadas en EEG  .

 

¿Significa esto que puedes leer mis pensamientos?

No, una interfaz cerebro-computadora (BCI) no puede leer tus pensamientos. Incluso con los sistemas BCI implantables e invasivos (los que pueden registrar señales eléctricas más fuertes al estar ubicados más cerca del cerebro), la tecnología aún está muy lejos de poder "leer" los pensamientos de alguien. En cambio, lo que buscan las BCI son patrones que ocurren en la actividad cerebral en respuesta a ciertos eventos o estímulos externos, o que se generan durante ciertos procesos cognitivos. Estos patrones suelen ser fenómenos neurofisiológicos bien documentados y estudiados por neurocientíficos y médicos. Por ejemplo, si miras fijamente una luz intermitente, tu actividad cerebral comenzará a sincronizarse con la frecuencia de esa luz, y este patrón de sincronización puede ser detectado por la BCI. Existen varios tipos de paradigmas BCI, cada uno basado en su propio patrón neurofisiológico . ¡Próximamente tendremos más información sobre algunos de los paradigmas BCI más comunes y los patrones que emplean!

 

¿Quién puede usar una interfaz cerebro-computadora (BCI)?

Algunas de las primeras aplicaciones de las interfaces cerebro -computadora (ICC) fueron para ayudar a comunicarse a personas con síndrome de enclaustramiento (es decir, personas que han perdido toda capacidad de control voluntario de sus músculos y, por lo tanto, no pueden moverse, hablar ni siquiera parpadear o mover los ojos). El síndrome de enclaustramiento puede ser consecuencia deuna enfermedad neurodegenerativa crónica como la ELA ( esclerosis lateral amiotrófica ). Las personas con enclaustramiento físico generalmente conservan la lucidez cognitiva: sus pensamientos y sentimientos no se ven afectados, simplemente no tienen forma de compartirlos con el mundo.

Si bien los sistemas BCI originales fueron diseñados para personas con síndrome de enclaustramiento, su valor para personas con otros grados de discapacidad física fue rápidamente reconocido. Se comenzó a investigar cómo los BCI podrían usarse e implementarse para reemplazar, restaurar o complementar el control muscular en personas con una amplia gama de discapacidades físicas. La investigación sobre BCI en este campo se ha expandido rápidamente, y actualmente se están explorando como medio para controlar sillas de ruedas eléctricas, operar prótesis, administrar terapias neuroregenerativas como la estimulación eléctrica funcional (FES), y como tecnologías de acceso a dispositivos de comunicación, computadoras personales, tabletas y controles ambientales, entre otras aplicaciones. 

Las interfaces cerebro-computadora (BCI) no se limitan a personas con discapacidades físicas. Con la expansión de la investigación en BCI, también se han extendido a la población general. Actualmente, se están desarrollando BCI para aplicaciones como la evaluación de la fatiga en trabajos que requieren mucha atención, como controladores de tráfico aéreo o camioneros; para crear nuevas experiencias inmersivas en videojuegos y realidad virtual; y para evaluar las emociones y reacciones de los usuarios en estrategias de neuromarketing. Incluso existen algunos dispositivos ya disponibles comercialmente, como diademas que detectan la actividad cerebral y monitorizan los niveles de relajación y concentración durante la meditación.

En las próximas décadas, es probable que la investigación y el desarrollo de las interfaces cerebro-computadora (BCI) sigan creciendo, y podríamos ver una mayor difusión de su uso en la vida cotidiana. Lo interesante es que cuanto más se invierta en el desarrollo y los recursos destinados a estas diferentes aplicaciones de BCI, más se perfeccionará y mejorará la tecnología para todas ellas. Por lo tanto, cuanto más amplio sea el campo de la investigación en BCI, más cerca estaremos de mejorar la precisión, la confiabilidad y la eficiencia de estas interfaces, y mejor será la opción para personas y niños con discapacidades físicas.