Cuando el paciente T5 sufrió una lesión en la médula espinal que lo dejó paralizado, su sueño de volar un dron pareció estar para siempre fuera de su alcance.
Ahora, gracias a un implante cerebral, ha experimentado la emoción de una simulación. Al imaginarse los movimientos de los dedos, el hombre de 69 años voló un dron digital en un videojuego, con el cuadricóptero esquivando obstáculos y zumbando a través de anillos que aparecen aleatoriamente en tiempo actual.
T5 es parte del Sistema de interfaz neuronal BrainGate2 ensayo clínico, que se lanzó en 2009 para ayudar a personas paralizadas a controlar cursores de computadora, brazos robóticos y otros dispositivos decodificando la actividad eléctrica en sus cerebros. No es sólo para jugar. Tener la capacidad de moverse y hacer clic en un cursor los vuelve a conectar. Buscar en Google, enviar correos electrónicos, transmitir programas, desplazarse por las publicaciones en las redes sociales (en lo que las personas sanas dedican horas todos los días) ahora vuelven a ser parte de sus vidas.
Pero los cursores no pueden hacer mucho. Las consolas de juegos populares (PlayStation, Xbox, Nintendo Swap) requieren que muevas los dedos con precisión, especialmente los pulgares, de forma rápida y en múltiples direcciones.
Los implantes cerebrales actuales suelen tener una vista aérea de toda la mano. El nuevo estudiopublicado en Medicina de la naturalezaseparó los dedos en tres grupos: pulgar, índice y medio, y anular y meñique. Después del entrenamiento, T5 podía mover cada grupo de dedos de forma independiente con una delicadeza sin precedentes. Su implante cerebral también detectó intenciones de estirar, curvar o mover su pulgar de lado a lado, permitiéndole pilotar el dron como si usara un controlador de videojuego.
Al llamar a sus sesiones de juego “tiempo de juego”, T5 dijo con entusiasmo que pilotar el dron le permitió “levantarse” mentalmente de su cama o silla por primera vez desde su lesión. Al igual que otros jugadores, pidió al equipo de investigación que registrara sus mejores carreras y compartiera los vídeos con amigos.
Las fusiones mentales entre cerebro y computadora se están “expandiendo de aplicaciones funcionales a recreativas”. escribió Nick Ramsey y Mariska Vansteensel del Centro Médico Universitario de Utrecht, que no participaron en el estudio.
Management psychological
Vincular cerebros a máquinas ha pasado de ciencia ficción a la realidad en las últimas dos décadas, y ha cambiado la vida de personas paralizadas por lesiones de la médula espinal.
Estas lesiones, ya sea por accidente o por degeneración, cortan las carreteras nerviosas entre el cerebro y los músculos. Los científicos llevan mucho tiempo intentando restablecer estas conexiones. Algunos han trabajado para regenerar las terminaciones nerviosas rotas dentro del cuerpo, con resultados mixtos. Otros están construyendo “puentes” artificiales para salvar la brecha. Estos implantes, a menudo colocados en la médula espinal encima del sitio de la lesión, registran señales del cerebro, decodifican la intención de movimiento y estimulan la contracción o relajación de los músculos. Gracias a estos sistemas, las personas paralizadas han sido capaz de caminar de nuevo—a menudo con asistencia—para largas distancias y un entrenamiento mínimo.
Otros esfuerzos se han realizado sin músculos por completo, en lugar de aprovechar directamente las señales eléctricas del cerebro para conectar la mente a un universo digital. Estudios anteriores han descubierto que observar o imaginar movimientos (como, por ejemplo, pedirle a un paciente que se think about moviendo un cursor por un navegador) genera patrones cerebrales similares a los de realizar físicamente los movimientos. Registrar estas “firmas cerebrales” de personas individuales puede luego decodificar su intención de moverse.
Noland Arbaugh, la primera persona en recibir un implante cerebral de Elon Musk Neuralinkes quizás el éxito más conocido. A finales del año pasado, el joven transmitido en vivo su vida durante tres días, compartiendo su visión mientras mueve un cursor y juega un videojuego en la cama.
Sin embargo, decodificar los movimientos individuales de los dedos es un desafío mayor. Nuestras manos son especialmente diestras y flexibles, lo que facilita escribir, tocar instrumentos musicales, tomar una taza de café o hacer girar los pulgares. Cada dedo está controlado por intrincadas redes de actividad cerebral que trabajan juntas bajo el capó para generar movimientos complejos.
Los dedos se curvan, se mueven y se separan. Descifrar los patrones cerebrales que les permiten trabajar juntos particular person y colectivamente ha obstaculizado a los investigadores. “En humanos, la decodificación de los dedos sólo se ha demostrado en la predicción en análisis fuera de línea o en la clasificación de la actividad neuronal registrada”, escribieron los autores. El management de señales cerebrales no se ha utilizado para controlar los dedos en tiempo actual. Incluso en monoslos implantes cerebrales sólo han podido separar los dedos en dos grupos que se mueven de forma independiente, lo que limita la flexibilidad common de sus patas.
Una flexión digital
En 2016, a T5 le insertaron dos pequeños implantes en la “perilla” de su cerebro, uno para cada lado que controla los movimientos de la mano y los dedos. Cada implante, del tamaño de una aspirina para bebés, tenía 96 canales de microelectrodos que capturaban silenciosamente su actividad cerebral mientras realizaba una serie de tareas de entrenamiento. En el momento de la cirugía, T5 sólo podía mover las manos y los pies al azar.
El equipo primero diseñó un avatar de mano. No capturó completamente la destreza de una mano humana. El índice y el dedo medio se movían juntos como un grupo, al igual que el anular y el meñique. Mientras tanto, los pulgares podían estirarse, curvarse y moverse de lado a lado.
Para el entrenamiento, T5 observó cómo se movía el avatar de la mano y se imaginó moviendo sus dedos en sincronía. Utilizando una purple neuronal synthetic que se especializa en decodificar señales a lo largo del tiempo, el equipo construyó una IA para descifrar la actividad cerebral de T5 y correlacionar cada patrón con diferentes tipos de movimientos de los dedos. Luego se utilizó el “decodificador” para traducir sus intenciones en movimientos reales del avatar de la mano en la pantalla de la computadora.
En una prueba inicial que solo permitía que el pulgar se extendiera y curvara (lo que los investigadores llaman “2D”), el participante pudo extender sus grupos de dedos sobre un objetivo digital con más del 98 por ciento de precisión. Cada intento tomó sólo un poco más de un segundo.
Agregar el movimiento del pulgar de lado a lado tuvo una tasa de éxito related, pero duplicó la cantidad de tiempo (aunque se volvió más rápido a medida que se familiarizó con la tarea). En common, T5 podía controlar mentalmente su mano digital para alcanzar alrededor de 76 objetivos por minuto, mucho más rápido que intentos anteriores. La capacitación “no fue tediosa”, dijo.
Luego, cada movimiento del grupo de dedos se mapeó en un dron digital. Al igual que mover joysticks y presionar botones en un controlador de videojuego, los movimientos de los dedos movían el cuadricóptero a voluntad. El sistema mantuvo la mano digital en una postura impartial y relajada a menos que T5 decidiera mover cualquiera de los grupos de dedos.
En un día de pruebas, voló el dron una docena de veces a través de múltiples pistas de obstáculos. Cada curso requería que usara uno de los movimientos del grupo de dedos para sortear con éxito anillos que aparecían aleatoriamente y otros obstáculos. Un desafío, por ejemplo, lo hizo volar en forma de ocho a través de múltiples anillos sin golpearlos. El sistema period aproximadamente seis veces mejor que los sistemas anteriores.
Aunque sus dedos virtuales y sus movimientos se mostraban en la pantalla de la computadora mientras jugaba, las imágenes no eran necesarias.
“Cuando el dron se mueve y los dedos se mueven, es más fácil y rápido simplemente mirar el dron”, dijo. Pilotarlo period intuitivo, “como andar en bicicleta de camino al trabajo, [thinking] ‘¿Qué voy a hacer hoy en el trabajo?’, y todavía estás cambiando de marcha en tu bicicleta y avanzando”.
También fue fácil adaptar ejercicios de entrenamiento simples a movimientos más complicados. “Es como si fueras clarinetista y tomaras el clarinete de otra persona. Sabes la diferencia al instante y hay una pequeña curva de aprendizaje involucrada, pero eso depende de ti. [having] una competencia implícita con el clarinete”, dijo. Para controlar el dron, sólo hay que “hacerle cosquillas en una dirección”, añadió.
El sistema todavía está lejos de tener un uso comercial y tendrá que probarse en más personas. El nuevo {hardware} de implante cerebral con más canales podría mejorar aún más el rendimiento. Pero es un primer paso que abre los juegos multijugador en línea (y potencialmente un mejor management de otros programas informáticos y manos robóticas sofisticadas) a las personas con parálisis, enriqueciendo su vida social y su bienestar common.
