Nuevo implante cerebral convierte letras visualizadas en texto
Cuando te mueves, sientes, hablas o haces casi cualquier cosa, tu cerebro genera un patrón correspondiente específico de actividad eléctrica. Durante décadas, los científicos han llevado estos impulsos a través de máquinas para comprender mejor las enfermedades cerebrales y ayudar a las personas con discapacidades. Las interfaces cerebro-computadora (BCI) en desarrollo pueden restaurar el movimiento en algunas personas que tienen parálisis, y los investigadores están trabajando en BCI para tratar trastornos neurológicos y psiquiátricos.
Sin embargo, la próxima frontera en BCI puede ser algo más parecido a escribir un mensaje de texto. Un nuevo estudio en Naturaleza describe un implante cerebral que podría permitir a las personas con problemas de movimiento de las extremidades crear texto usando la mente, sin necesidad de manos.
Para su estudio, los investigadores combinaron software de inteligencia artificial con electrodos implantados en el cerebro de un hombre con parálisis de cuerpo completo. Se le pidió que se imaginara a sí mismo escribiendo a mano, y el BCI transformó sus letras y palabras visualizadas en texto en la pantalla de una computadora. Dicha tecnología podría beneficiar potencialmente a millones de personas en todo el mundo que no pueden escribir o hablar debido a problemas en las extremidades o los músculos vocales.
El trabajo anterior de Krishna V. Shenoy de la Universidad de Stanford, coautor principal del estudio, ayudó a analizar los patrones neuronales asociados con el habla. Su software también decodificó movimientos de brazos imaginarios, de modo que las personas con parálisis pudieran mover un cursor alrededor de un teclado en pantalla para seleccionar y escribir letras. Pero esta técnica permitió a las personas generar solo 40 caracteres por minuto, mucho menos que la velocidad promedio de escritura del teclado de aproximadamente 190. El nuevo trabajo de los investigadores aceleró la velocidad de comunicación mediante el uso de escritura a mano imaginaria. Su técnica permitió al sujeto del estudio, que en ese momento tenía 65 años, teclear mentalmente 90 caracteres por minuto. Esa tasa se acerca al promedio de la mayoría de los usuarios de mensajes de texto de alto nivel, que normalmente pueden escribir alrededor de 115 caracteres por minuto en un teléfono.
«Esta línea de trabajo podría ayudar a restaurar la comunicación en personas que están severamente paralizadas o ‘encerradas'», dice Frank Willett, autor principal del artículo y científico investigador del Laboratorio de Traslación de Prótesis Neurales de Stanford. “Debería ayudar a las personas a expresarse y compartir sus pensamientos; es muy emocionante.»
El participante del estudio había sufrido una lesión en la médula espinal en 2007, perdiendo la mayor parte del movimiento debajo del cuello. En 2016, el neurocirujano de Stanford, Jaimie Henderson, coautor principal del artículo, implantó dos pequeños chips BCI en el cerebro del hombre. Cada chip tenía 100 electrodos para detectar la actividad de las neuronas. Se implantaron en una región de la corteza motora que controla los movimientos de manos y brazos, lo que permitió a los investigadores perfilar patrones de actividad cerebral asociados con el lenguaje escrito.
“Este estudio es un avance importante y claro para las interfaces cerebro-computadora intracorticales”, dice Amy L. Orsborn, bioingeniera de la Universidad de Washington, que no participó en la investigación. “Una razón obvia es porque lograron un gran salto en el rendimiento en una tarea desafiante pero importante como escribir. También es la demostración más significativa hasta la fecha del aprovechamiento de las herramientas establecidas en el aprendizaje automático, como los modelos de lenguaje predictivo, para mejorar las BCI”.
Mijail D. Serruya, neurólogo de la Universidad Thomas Jefferson, que estudia las BCI en la recuperación de accidentes cerebrovasculares pero que no participó en el nuevo estudio, está intrigado por el trabajo. «Vi esta investigación presentada inicialmente… en 2023 y creo que es genial», dice. «Creo que muestra claramente que las trayectorias de motricidad fina se pueden decodificar a partir de la actividad neocortical».
Serruya agrega que su propia investigación podría alinearse con la de Willett para ayudar a quienes han sufrido un trauma cerebral o un derrame cerebral. “Hemos demostrado que las señales de control motor pueden decodificarse [following a stroke]lo que implica que algunos de los enfoques de decodificación desarrollados por Willett podrían tener aplicaciones más allá de las personas con lesión de la médula espinal”, dice.
Sin embargo, Serruya también tiene una pregunta sobre la nueva investigación, una vacilación que dice que le planteó a Willett hace unos años: si bien restaurar la comunicación a través de cartas escritas es intuitivo, puede que no sea el medio más eficiente para hacerlo.
“¿Por qué no enseñarle a la persona un nuevo idioma basado en gestos elementales más simples, similares a los acordes estenográficos o a la lengua de signos?”. pregunta Serruya. «Esto podría aumentar la velocidad de la comunicación y, lo que es más importante, disminuir el esfuerzo mental y la atención necesarios».
Por ahora, Willett se concentra en decodificar mentalmente formas de comunicación más familiares, y quiere repetir el experimento de mecanografía, involucrando a más personas con parálisis. Traducir el control del cerebro sobre la escritura puede ser un primer paso importante para restaurar las habilidades de comunicación, dice. Pero decodificar el habla real, mediante el análisis de lo que alguien intenta decir, sigue siendo un gran desafío para los investigadores, dado que las personas generan el habla más rápido de lo que escriben o escriben.
“Ha sido un problema difícil decodificar el habla con suficiente precisión y tamaño de vocabulario para permitir que las personas tengan una conversación general. Hay una relación señal/ruido mucho más alta, por lo que es más difícil de traducir a la computadora”, dice Willett. “Pero ahora estamos entusiasmados de poder decodificar la escritura a mano con mucha precisión. Cada letra evoca un patrón muy diferente de actividad neuronal”.
En cuanto a cuándo la tecnología de decodificación de texto y voz podría estar disponible para el público, Willett es cautelosamente optimista. “Es difícil predecir cuándo nuestro método se traducirá en un dispositivo real que cualquiera pueda comprar”, dice. “Hay empresas que trabajan en dispositivos BCI implantables ahora, pero nunca se sabe cuándo alguien logrará traducirlo. ¡Esperamos que sea dentro de años, no décadas!”.
