Investigadores del California Institute of Technology (Calitech) y sus colegas de la Keck School of Medicine (University of Southern California) trataron de replicar el proceso mental del movimiento de la forma más intuitiva posible en los brazos robóticos controlados por la mente. Y tratar así de convertir las acciones sincopadas y toscas de los actuales dispositivos en otras más fluidas, rápidas y naturales. Lo han conseguido con una estrategia novedosa que describen en Science y que consiste en controlar el dispositivo a través de las órdenes que se dan desde la corteza parietal posterior, el área cerebral responsable de codificar la intención y la planificación del movimiento —siguiendo con el ejemplo anterior, la zona donde simplemente se piensa en dar la mano—, en lugar de la corteza motora, donde se produce la ejecución final del movimiento —la que activa los músculos que intervienen en la acción de dar la mano—, como se venía haciendo hasta ahora.
El resultado de este cambio es que Erik Sorto, de 34 años y tetrapléjico desde que a los 21 años una bala le seccionó la médula, ha podido dar de nuevo la mano diez años después. En concreto, la nueva mano biónica desarrollada por los investigadores —una prótesis robótica externa conectada a sus neuronas mediante dos enchufes de electrodos— y lo ha hecho con un movimiento de una gran fluidez. Como también ha vuelto a poder jugar a piedra, papel o tijera o agarrar un vaso de una mesa para beber de él. Al final del camino se encuentra la posibilidad futura de hacer la vida más fácil a lesionados medulares como Sorto o a personas que hayan sufrido amputaciones.
El proceso cognitivo del movimiento se lleva a cabo, de forma simplificada, en una fase de intención y planificación y una posterior de ejecución. La primera tiene lugar en la corteza posterior parietal. La segunda en la corteza motora, desde donde se coordina la ejecución del movimiento. Las personas con lesión medular tienen, en la mayoría de los casos, estos sistemas intactos. El problema en estos pacientes está en el cableado que transmite las órdenes a las terminaciones nerviosas de los músculos responsables del movimiento: el traumatismo en la médula interrumpe las señales que mandan las neuronas de la corteza motora y la información no llega a su destino.
Los prototipos de robots inteligentes desarrollados hasta ahora acudían a esta zona del cerebro, la corteza motora, para recuperar las señales nerviosas relacionadas con el movimiento y controlar los dispositivos. Unos electrodos recogían la actividad de las neuronas y, tras ser moduladas por un ordenador, se interpretaban para mover los brazos biónicos. El resultado era un movimiento a golpes e incluso incompleto. Podía suceder incluso que los sensores no registraran la señal de todos los músculos involucrados en un determinado movimiento.
Para evitar esta serie de problemas, los autores del nuevo dispositivo se plantearon obtener las señales cerebrales de la fase previa a la ejecución del movimiento: la planificación. Esta estrategia tiene la ventaja de dirigirse al lugar donde se idea el movimiento de forma más intuitiva y global. Es decir, representado conceptualmente como un todo (dar la mano) en lugar de tomar la información de la corteza motora donde la acción ya está descompuesta en los distintos pasos a ejecutar (al ser la zona que controla los músculos, las órdenes son mucho más detalladas y específicas). La duda era si esta actividad neuronal podría ser descodificada y traducida al brazo para que ejecutara las ideas de movimiento más generales.
El primer paso consistía en saber dónde situar exactamente los electrodos que obtienen la información relacionada con la planificación del movimiento. O, de otra forma, dónde están las neuronas que transmiten estos impulsos eléctricos concretos. Para ello, los investigadores acudieron a equipos de resonancia magnética funcional, una técnica de diagnóstico por imagen con la que identificaron las zonas de la corteza parietal posterior que se activaban cuando se le pedía al paciente que imaginara que alcanzaba un objeto con su brazo. Aquí es donde se situaron las dos matrices de cuatro por cuatro milímetros (con 96 electrodos cada una de ellas) conectadas directamente a las neuronas de la corteza parietal posterior. Fue en abril de 2013 y la intervención quirúrgica duró cinco horas.
Sesenta días después del implante de los electrodos, Sorto comenzó a practicar con el brazo en el Rancho los Amigos National Rehabilitation Center. En este momento se desarrolla una fase de adaptación entre el cerebro humano y el artificial (el ordenador que interpreta las señales) en la que ambos aprenden a usar el interfaz, y se ajusta el movimiento a los pensamientos “Fue toda una sorpresa que el paciente pudiera mover el brazo desde el primer día”, recuerda Richard Andersen, el primer investigador del estudio, “lo que demuestra cómo es de intuitivo el control del dispositivo cuando se acude a la corteza parietal posterior”. El mismo asombro ha expresado el propio paciente: “fue totalmente inesperado ver lo fácil que era [controlar el brazo robótico]. Recuerdo ese primer momento de tener esta experiencia extracorporal y las ganas que tenía de comenzar a chocar la mano con todo el mundo”.
Fuente: Science, El País y Agencias. IMSERSO
Fotos: Spencer Kellis and Christian Klaes
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