• Hanns J. Neubert

Transferencia de pensamiento.

Brain1Innovación. Las interfaces cerebro-computadora envían información directamente desde un cerebro vivo a los circuitos eléctricos de las computadoras. De esta manera, la gente hoy en día puede controlar las máquinas simplemente pensando. Y esto es sólo el comienzo.

Gertrude está transmitiendo. El chip, implantado bajo la tapa del cráneo del cerdo, mide sólo 23 milímetros de diámetro. Registra las débiles señales nerviosas de 1024 cables equipados con electrodos, las digitaliza y las envía por Bluetooth a una computadora. La computadora reconstruye lo que sucede en el cerebro de Gertrude cuando camina, se levanta o se acuesta.

Cuando el multimillonario Elon Musk presenta su conexión de ordenador cerebral Neuralink en YouTube a finales de agosto de 2020, un indicio de lo que podría ser posible en el futuro se extiende por todo el mundo. ¿Seremos capaces de controlar las máquinas con nuestros pensamientos en el futuro, incluso si se encuentran en otros continentes, gracias a las Interfaces Cerebro-Computadora (BCI)? ¿Impulsar enjambres de drones sobre el territorio enemigo con el poder del pensamiento solamente? ¿Leer nuestros pensamientos en los ordenadores? ¿Y finalmente transferir el conocimiento de la inteligencia artificial a nuestro cerebro a través de un ordenador?

"En realidad, lo que hizo Musk es más o menos lo más avanzado hoy en día", explica Thomas Stieglitz, profesor de microtecnología biomédica del Instituto de Tecnología de Microsistemas (IMTEK) de la Universidad de Friburgo, el mayor instituto universitario de microtecnología de Europa, y uno de los más importantes expertos alemanes en el desarrollo de tecnologías de ICB.

Sin embargo, el investigador sospecha de las cacerías de discos à la Musk que requieren relaciones públicas. "Hoy en día, los ICB no se refieren necesariamente al número máximo de cables en el cerebro", cree el neurotecnólogo. "A veces basta con tener sistemas de control inteligentes que sean capaces de apoyar al cerebro en sólo unos pocos lugares en el momento adecuado y de la manera correcta para que pueda recuperarse después de un derrame cerebral, por ejemplo.

La misión de Stieglitz es proporcionar a las personas con discapacidades o enfermedades neurológicas una mejor calidad de vida. "Si 16 contactos en los lugares correctos del cerebro son suficientes para mejorar la calidad de vida de los pacientes con prótesis de brazo o pierna sensibles, entonces, en última instancia, esto tiene más sentido que el tendido de cientos de cables y conexiones en el cuerpo y el cerebro."

En numerosos experimentos, las personas de prueba ya han controlado con éxito los brazos robóticos, las sillas de ruedas y los exoesqueletos sólo mediante la concentración mental. Un aspecto innovador es que estas personas ahora pueden sentir sus brazos y piernas. Toca una taza de café y siente que está caliente. O agarran una bola de algodón y sus dedos se reportan, así que sólo necesitas aplicar un poco de presión.

En una persona con una pierna protésica, el impulso va de un lado a otro. El cerebro ordena: "Pierna, adelante". Y la pierna responde: "Voy hacia adelante, pero hay una superficie llena de baches".

Incluso los pacientes con síndrome de encierro hoy en día son capaces de comunicarse con su entorno letra por letra, pero con bastante rapidez. Son personas completamente paralizadas que están completamente conscientes, pero no pueden comunicarse verbalmente.

Facebook, que ha estado investigando una tecnología implantable que permite a los usuarios introducir texto mediante la transferencia de pensamiento, también está pensando en la dirección de escribir con el pensamiento. La visión lejana es que un día los usuarios podrán comunicarse a través de la transferencia de pensamiento, tal vez incluso almacenar sus memorias en la computadora y reproducirlas a pedido - ¿o venderlas?

Esto ya no tiene mucho que ver con los métodos del pasado. Desde finales de la década de 1920, la medicina ha utilizado el conocimiento de que las corrientes de señales eléctricas de los nervios pueden ser medidas. Esto llevó al desarrollo de la electroencefalografía (EEG), hoy en día el estándar en el diagnóstico médico del cerebro.

A los pacientes se les coloca una capucha con numerosos electrodos que miden las fluctuaciones de voltaje extremadamente débiles que penetran en el hueso del cráneo. Los neurólogos pueden entonces usar las curvas de medición registradas para monitorear las funciones cerebrales y, si se detectan curvas de señales inusuales, sacar conclusiones sobre las enfermedades.

Las variantes de esta tecnología ahora también son comercializadas por empresas de los sectores del entretenimiento, el fitness y el bienestar. Advierten sobre el estrés, la fatiga o la falta de concentración, y ayudan con los ejercicios de relajación y meditación. También tienen por objeto hacer más eficiente el aprendizaje y el entrenamiento físico.

Incluso la industria de los juegos de ordenador quiere utilizar las ondas cerebrales de esta manera para adaptar el juego, los personajes y los entornos al estado mental actual de un jugador, por ejemplo para sacarlo de una depresión.

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Así que mientras que el ya establecido EEG sólo funciona en una dirección, desde el cerebro hasta la computadora, las nuevas técnicas invasivas de ICB también pueden desencadenar reacciones en el cerebro al revés con impulsos eléctricos.

"En el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, por ejemplo, se puede dar un impulso externo al cerebro para decirle que no tiemble", explica Stieglitz. El temblor muscular hereditario, la epilepsia o incluso los trastornos obsesivo-compulsivos de origen psicológico también pueden ser tratados de esta manera. Esto sólo puede hacerse mediante chips implantados cuya electrónica puede reaccionar a los impulsos del cerebro.

Así que aunque la investigación ha avanzado mucho, todavía está al principio de un largo camino. Si los neurocientíficos quieren medir las acciones de una región del cerebro, todavía no saben desde el principio exactamente dónde tienen que colocar los extremos del cable con los electrodos. Por eso prefieren colocar más electrodos en el cerebro y luego ver cuáles de las conexiones proporcionan señales útiles. Pueden ser 10 o 15 de cada 100 electrodos.

"Si vas allí ahora con 100 o 1000 electrodos en el cerebro, te pondrás cada vez mejor. Entonces tienes entre 10 y 50 canales de información para la evaluación en lugar de quizás sólo dos opciones. Por supuesto, con el tiempo te acercas cada vez más a algo como la lectura de mentes", explica Pascal Fries, Profesor de Neurociencia de Sistemas en la Universidad de Radboud, Nijmegen, Países Bajos, y Director del Instituto Max Planck de Neurobiología en Martinsried, cerca de Munich.

Con el fin de proporcionar a los investigadores implantes de chips y cables cerebrales finos, un grupo de investigación dirigido por Stieglitz se separó de CorTec GmbH en Friburgo hace diez años. Con su experiencia, Stieglitz y Fries siguen formando parte del consejo asesor científico y técnico.

El buque insignia de la compañía es el llamado Sistema de Intercambio Cerebral totalmente implantable. Puede medir y estimular la actividad cerebral en el uso a largo plazo. Los impulsos eléctricos de los 32 cables de electrodos se digitalizan en el chip bajo la tapa del cráneo y luego se transmiten de forma inalámbrica a una computadora. El software de la computadora está programado de tal manera que el sistema puede controlarse a sí mismo reaccionando a una cierta actividad cerebral con una estimulación adaptada y dosificada con precisión.

Hace un año, la empresa, que ahora también está activa en los EE.UU., concluyó una ronda de financiación en la que pudo recaudar la impresionante suma de 13 millones de euros. Entre los inversores se encontraban la oficina familiar de la familia Strüngmann, fundadores de la compañía farmacéutica Hexal y el Instituto Ernst Strüngmann, del que Fries es también director.

La estimulación cerebral profunda, en la que los cables de los electrodos penetran a través de la corteza cerebral en regiones alejadas del cerebro, es un desafío particular. La enfermedad de Parkinson ya está siendo tratada con éxito de esta manera. En la actualidad, los experimentos también han logrado aliviar los trastornos obsesivo-compulsivos y los pensamientos o la depresión grave. No está lejos el control de las emociones, que se encuentran en la amígdala, el complejo de almendra del cerebro, que desempeña un papel esencial en la regulación de las emociones y la sensación de los sentimientos. Fries sospecha "que este podría ser ciertamente un sitio objetivo para futuras intervenciones".

Entonces no estaría muy lejos de leer nuestros pensamientos. "Si los impulsos se derivan de lugares adecuados en el cerebro, ya es posible decir con mucha precisión hoy en día si una persona imagina una u otra de dos imágenes", informa Fries. Esto significa que los investigadores están, por supuesto, aún muy lejos de poder "ver" los colores asociados a la imagen o los recuerdos asociados a las ondas cerebrales. "Pero por supuesto que nos acercaríamos más a esto si pudiéramos transportar impulsos desde más lugares del cerebro con más canales", dice Fries. "Esta es básicamente la forma de leer el cerebro".

Por supuesto, todo esto también plantea cuestiones éticas, por ejemplo, sobre la protección de los datos del cerebro, pero también sobre los datos que proporcionan pistas sobre una enfermedad o un estado mental. Stieglitz es bastante claro en este punto: "Debemos ver que hay buenas directrices marco que no dependen de la voluntad y las necesidades financieras de las personas, incluidos los pacientes", subraya. "No es que nos metamos en problemas, que alguien venda sus datos porque tiene alguna ventaja de ello."

Todavía hay mucho tiempo para eso. Stieglitz está convencido de que "varias generaciones de investigadores tendrán que investigar antes de que la lectura mecánica pueda tener lugar". Para ilustrar lo difícil que es el camino hacia el conocimiento, utiliza un ejemplo: "Si tiro un coche desatornillado delante de tus pies, no podrás conducir a ninguna parte con él. Así que la pregunta de investigación para el futuro es: ¿Cómo reúno los datos y qué conocimiento necesito para darle sentido? En última instancia, no se trata de 1000 partes individuales para permanecer en la imagen, sino de medir alrededor de 100 billones de conexiones de comunicación que están activas en un cerebro humano" ®

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Así es como funciona nuestro cerebro.

El cerebro humano consiste en unos 86 mil millones de neuronas, las células nerviosas. La neurocientífica brasileña Suzana Herculano-Houzel contó este número con bastante precisión en 2008 por primera vez en la historia de la investigación del cerebro. 16.000 millones de ellos se encuentran en la corteza, la gruesa corteza que rodea el cerebro y el cerebelo y que parece una nuez con sus surcos y pliegues. Aquí es donde la conciencia y la capacidad de pensar lógica y abstractamente se encuentran.

Las funciones más específicas se distribuyen en áreas limitadas, que son responsables de la comprensión del habla, el reconocimiento facial, la coordinación de las manos o el almacenamiento de la memoria.

Sin embargo, ninguna de esas regiones es la única responsable de una capacidad específica. Cada una de las células cerebrales tiene a su vez hasta 10.000 conexiones, sinapsis que cooperan tanto con las células vecinas como con las distantes. En total, hay probablemente unos 100 billones de conexiones en red que controlan el pensamiento humano además de las funciones corporales.

Aunque este órgano increíblemente complicado representa sólo el dos por ciento del volumen del cuerpo, consume -para funcionar sin problemas- el 25 por ciento de toda la energía que el cuerpo quema cada día. Eso es alrededor de 500 kilocalorías por día. Expresado en energía eléctrica: sólo 25 vatios. A modo de comparación, las supercomputadoras requerirían entre 50 y 5.000 veces más energía eléctrica, dependiendo del modelo, para tantas operaciones de computación como se realicen en paralelo en el cerebro en un momento dado.

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La técnica de la neurociencia.

En sus intervenciones en el cerebro, los neurocientíficos trabajan con cables de unos 0,02 milímetros de grosor, es decir, un sexto del diámetro de un cabello humano. Varios filamentos conductores se combinan como cables planos en una lámina delgada y particularmente flexible, que puede tener de cuatro a cinco centímetros de ancho, dependiendo del número de filamentos conductores. "Pero también apilamos tiras de dos milímetros de ancho una encima de la otra. Es más delgado y puede pasar más fácilmente a través del hueso craneal", explica Thomas Stieglitz.

A menudo se colocan más cables en el cerebro de los que se necesitan en última instancia. Los cables superfluos permanecen en el cerebro de la persona de prueba. "Ninguno de los materiales es tóxico", dice Stieglitz. "Una vez que el cuerpo ha completado la reacción del cuerpo extraño, la curación, los cables y el chip permanecen estables."

Las señales eléctricas del cerebro se transmiten a través de una conexión estanca a la microelectrónica sensible en un chip que se encuentra en una carcasa muy plana y estanca bajo el techo del cráneo. Allí, los impulsos recibidos se digitalizan y luego se transmiten ya sea a través de un cable a través del hueso del cráneo o, cada vez más hoy en día, a través de una conexión de radio Bluetooth al exterior y a una computadora.

Debido a los electrodos ahora extremadamente miniaturizados, el cerebro no parece reaccionar activamente a tal implante. Si los cables y electrodos exceden una cierta flexibilidad, el cerebro aparentemente ya no puede sentirlos.

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Autor: Hanns J. Neubert

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