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Neuroingeniería
Uso Consciente de un Brazo Robótico
14 de Octubre de 2003.

Foto: Duke UniversityInvestigadores del Duke University Medical Center han enseñado a monos rhesus a controlar conscientemente el movimiento de un brazo robótico en tiempo real, utilizando sólo señales procedentes de sus cerebros y la respuesta visual aparente en una pantalla de video. Los animales parecen operar el brazo como si fuera su propia extremidad.

Estamos sin duda ante un importante paso adelante en pos de la tecnología que permitirá a las personas paralizadas controlar extremidades llamadas “neuroprótesis”, e incluso robots circulando libremente, todo ello utilizando sólo nuestras señales cerebrales.

La misma tecnología desarrollada para analizar las señales del cerebro de los animales utilizados en las pruebas servirá en el futuro para ayudar a mejorar la rehabilitación de las personas que han sufrido daños cerebrales o en la columna vertebral, debido a embolias, enfermedades o accidentes traumáticos. Comprendiendo los factores biológicos que controlan la adaptabilidad del cerebro, los médicos podrán desarrollar fármacos mejorados y métodos de rehabilitación para individuos que han sufrido tales daños.

El trabajo ha sido liderado por el neurobiólogo Miguel Nicolelis, del Duke Center for Neuroengineering. Otros colaboradores han sido José Carmena y Craig Henríquez, así como el personal de otros laboratorios e institutos científicos.

En investigaciones anteriores, Nicolelis y sus colegas ya habían demostrado un sistema de grabación y análisis de señales cerebrales, que les permitía descifrar aquellas producidas por una especie de monos en sus esfuerzos por controlar el movimiento de un brazo robótico. El nuevo experimento es el primero que ha demostrado que los monos pueden aprender a utilizar sólo señales cerebrales y pistas visuales para practicar dicho control, sin emplear para nada acciones musculares. Los movimientos pueden ser de varios tipos, incluyendo el alcanzar y coger cosas.

Durante las pruebas, se implantaron microelectrodos (más pequeños que el diámetro de un cabello humano) en los lóbulos frontal y parietal de los cerebros de dos macacos rhesus hembras. Se implantaron 96 electrodos en un animal y 320 en el otro. Se sabe que los lóbulos elegidos están implicados en la producción de órdenes de control múltiples para conseguir movimientos musculares complejos.

Las señales procedentes de los electrodos fueron detectadas y analizadas por un sistema informático, el cual reconoce patrones de señales que representan movimientos específicos realizados por el brazo de un animal (por ejemplo, mientras los monos utilizaban un joystick para situar un cursor sobre un punto determinado de una pantalla).

Avanzado el entrenamiento, además de mover el cursor con el joystick, los monos empezaron a hacer lo mismo con un brazo robótico situado en otra habitación, conectado con el sistema. Finalmente, se eliminó el joystick y se permitió que los macacos movieran sus brazos en el aire, manipulando y “cogiendo” el cursor (y controlando, de hecho, el brazo robótico).

Unos días después, y tras múltiples sesiones de entrenamiento, los monos aprendieron que no necesitaban mover sus brazos para conseguir los mismos resultados. De este modo, sin actividad muscular, eran capaces de controlar el brazo robótico utilizando sólo su cerebro y las pistas visuales de la pantalla. El análisis de las señales muestra que el animal aprendió a asimilar el brazo robótico como si fuera una extremidad más de su cuerpo.

Este y otros hallazgos sugieren que el cerebro es extraordinariamente adaptable y que puede incorporar un dispositivo externo a su “espacio neuronal”, como si fuera una extensión natural del cuerpo.

Una vez demostrado que un sistema de conexión entre el cerebro y una máquina es viable, se podrá empezar a trabajar en serio en prótesis robóticas que puedan ser utilizadas por personas afectadas de parálisis. Muy pronto se empezarán a hacer ensayos con humanos, para averiguar si el cerebro animal es un buen modelo, y también investigaciones para prolongar la vida útil de los electrodos, que ahora es de sólo dos años.

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