Nuevo implante cerebral transmite palabras completas a partir de señales neuronales
Hace más de 15 años, un hombre que tenía solo 20 años sufrió un accidente cerebrovascular masivo cuando se rompió una de las principales arterias que irrigan su tronco encefálico. El incidente lo dejó incapaz de controlar sus extremidades o cualquier músculo relacionado con el habla. Con un dispositivo que dependía de los movimientos de su cabeza para controlar un teclado, podía producir alrededor de cinco palabras por minuto, un carácter a la vez. La tasa típica cuando alguien habla con fluidez puede ser de hasta 200 palabras por minuto.
Ahora es la primera persona en producir palabras completas a través de una computadora intermedia que decodifica los mensajes de su cerebro. Un procesador conectado a una serie de electrodos implantados en su cerebro recibe los mensajes y los traduce en palabras que se muestran en una pantalla. Como informaron los investigadores el 14 de julio en la Revista de medicina de Nueva Inglaterra, el hombre, que ahora tiene más de 30 años, usó esta interfaz cerebro-computadora, o BCI, para producir palabras completas fuera de su cerebro por primera vez desde su accidente cerebrovascular. De hecho, con un conjunto de al menos 50 palabras, podía incluso transmitir hasta 1000 oraciones completas.
Las generaciones anteriores de neuroprótesis dependían de las comunicaciones del cerebro a los músculos de las extremidades o de las manos para activar las letras en un teclado. Los mensajes se transmiten a través de los músculos que no responden a un procesador que los traduce en pulsaciones de teclas de una sola letra. Al igual que con el uso de movimientos de la cabeza, la producción de palabras es lenta y tediosa y, a menudo, produce solo unas pocas palabras por minuto. Ahora, los investigadores han descifrado el origen de las señales cerebrales que controlan el habla y han creado la nueva neuroprótesis que facilita la producción de palabras completas, lo que produce una tasa de palabra por minuto más rápida.
«Este es un gran paso, un gran paso entre muchos que podremos dar», dice Vikash Gilja, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de California en San Diego, que no participó en el estudio. . Un avance clave, dice, es la «increíble prueba de concepto» de que alguien que no ha podido hablar durante más de una década y media aún puede generar señales de voz para usar con estas interfaces.
«Esto no fue como algo de la noche a la mañana, donde simplemente lo enchufamos», dice el autor principal del estudio, Edward Chang, presidente de neurocirugía en la Universidad de California, San Francisco. Él y sus colegas primero pasaron muchos años resolviendo cómo el cerebro controla los músculos relacionados con el habla, identificando los mensajes y movimientos asociados con cada vocal y consonante en el alfabeto inglés. Cuando lanzaron el estudio BCI Restoration of Arm and Voice (BRAVO) para probar el implante cerebral de 128 electrodos que habían desarrollado, el primer participante fue el hombre que había sufrido un derrame cerebral a los 20 años, que se conoce con el seudónimo de «Bravo-1». .”
Trabajó en 50 sesiones de media hora más o menos cada una durante las 81 semanas del estudio. En las sesiones, los investigadores presentaban una palabra u oración objetivo en una pantalla. Cuando Bravo-1 activó su cerebro para enviar las señales de voz relacionadas, el procesador las recogió a través de los electrodos implantados y transmitió su mensaje a una computadora. El lado de la computadora del dispositivo decodificó los mensajes de Bravo-1 correctamente el 74,5 por ciento del tiempo (registrando más del 90 por ciento de precisión ocasionalmente) y produjo una tasa media de alrededor de 15,2 palabras por minuto.
Eso, por supuesto, no se acerca a la fluidez de un adolescente que habla rápido. Lograr un mejor rendimiento y una decodificación de mensajes precisa requerirá combinar la alta precisión de los dispositivos que envían señales a través de la extremidad superior y esta «demostración crítica de que las señales de voz están presentes y que pueden aprovecharse», dice Gilja.
Chang dice que para su grupo, los próximos pasos son ver «si esto es mejor, peor o igual en más personas», mientras que los investigadores también usan un vocabulario más amplio para entrenar la máquina que decodifica la salida del cerebro. El vocabulario ya se ha expandido más allá de las 50 palabras reportadas en este estudio, dice, y «es emocionante ver que las cosas crecen de esa manera».
Cuando se le preguntó cómo respondió Bravo-1 al éxito que ha experimentado hasta ahora, Chang dice: «Creo que estaba realmente emocionado y emocionado, y esto es solo el comienzo».
