El éxito de la primeras interfaces cerebro-ordenador (BCI)

Generalmente, la tecnología que se encarga del registro de la actividad cerebral se encuentra en los centros de investigación y en las instituciones como los hospitales. Sin embargo, en los últimos años el conocimiento sobre cómo funcionan las conexiones cerebrales ha ido aumentando y diversas empresas privadas de microelectrónica se han ido interesando por el desarrollo de nuevos equipos para conocer y registrar la actividad cerebral. Día a día, los sistemas desarrollados son cada vez más económicos y su tamaño es más reducido.

La suma de todos estos factores trae consigo un desarrollo tecnológico muy positivo, que implica una disponibilidad al alcance de cada vez más personas, especialmente para aquellas que sufren enfermedades tan complejas como el párkinson. Así pues, estos dispositivos buscan registrar la actividad del cerebro e, incluso, su estimulación para la búsqueda de nuevos tratamientos.

Actualmente, empresas como Neuralink o las donaciones de Facebook cada día están más cerca de grabar y recoger datos sobre la actividad neuronal gracias a la utilización de nuevos wearables.

Recientemente, Neurotech Reports, una consultora especializada en neurotecnología ha estimado el valor de mercado global de las interfaces cerebro-ordenador (BCI) en más de 9.000 millones de dólares en 2020 que, además, crecerá en torno a los 15.000 millones de dólares en 2024. Por tanto, se espera un futuro sorprendente de estos dispositivos neurotecnológicos si logran superar las adversidades técnicas con las que luchan hoy en día.

El dispositivo de Neuralink Corporation

Neuralink Corporation es una empresa de neurotecnología enfocada en el diseño y la fabricación de dispositivos BCI, aunque sus proyectos se encuentran aún en fase experimental con animales, están demostrando tener un impacto importante en la vida cotidiana del ser humano.

Entre sus avances, destaca la técnica Deep Brain Stimulation (DBS) para la estimulación profunda del cerebro. Esta técnica consiste en implantar uno o varios microelectrodos en el cerebro de una persona con dolencias que permitan estimular las regiones en las que se originan las señales eléctricas que generan la enfermedad.

Los electrodos mencionados están constituidos por un dispositivo electrónico que cuenta con una batería que ejerce la función de neuroestimulador a través de un pequeño cable que sale del cráneo del enfermo. Así pues, el neuroestimulador debe enviar señales eléctricas a las regiones del cerebro que originan la enfermedad para bloquear las señales eléctricas que la provocan.

No obstante, el mayor avance realizado por Neuralink es la innovación técnica de interfaz cerebro-ordenador, también denominada BCI, que busca registrar la actividad eléctrica del cerebro y que, posteriormente, es procesada e interpretada por un ordenador.

Así pues, para que esta técnica se pueda llevar a cabo se necesita la instalación de unos sensores específicos para recoger las ondas cerebrales que surgen de la actividad eléctrica cerebral. Además, estos dispositivos son lo suficientemente sensibles para poder ser instalados en el cráneo y, por ello, no requieren una operación quirúrgica muy invasiva para su instalación.

La tecnología BCI aún está en sus primeras etapas de desarrollo, pero a pesar de ello, las aplicaciones que demuestra tener son prácticamente infinitas. Por ejemplo, se ha probado una fase preliminar para el control del movimiento de enfermos con discapacidad motriz o movimientos de prótesis robóticas, entre otros.

El dispositivo que se emplea para aplicar BCI es portátil y muy pequeño, busca la alcanzar la interpretación de la actividad del sistema nervioso para ayudar a personas enfermas, pero en la actualidad es necesaria la instalación de sensores alojados en el sistema nervioso unidos al dispositivo por unos microcables. Por tanto, el dispositivo recogerá en tiempo real el registro de los sensores, procesará las señales y las envía por Bluetooth al dispositivo móvil del usuario.

Un algoritmo capaz de descodificar la actividad neuronal

Paralelamente, Facebook está financiando a un grupo de investigadores de la Universidad de California para que desarrollen un algoritmo capaz de descodificar la actividad neuronal relacionada con el habla y la escucha.

Inicialmente, esta tecnología necesita que el paciente instale en su cerebro varios electrodos para que, al igual que en el caso anterior, se recoja la actividad neuronal y se envíe a un ordenador. Llegados a este punto, el algoritmo diseñado interpreta la actividad cerebral y la descodifica en un ordenador.

El fin de esta tecnología es, simplemente, conseguir identificar que está escuchando o diciendo una persona mediante el uso de electrodos que registran su actividad cerebral. Por tanto, la aplicación medicinal puede cambiar la calidad de muchas personas que tienen problemas de habla. Asimismo, se espera que, con la financiación de Facebook, se pueda desarrollar con éxito el algoritmo y esta tecnología sea portátil y fácil de aplicar.

La primera prueba en humanos con éxito

Hoy en día, ya se han realizado las primeras pruebas en humanos de la tecnología BCI, pero hasta ahora la gran dificultad eran los cables que limitan su uso. Recientemente, un equipo de la Universidad de Brown ha realizado un ensayo completo en humanos de una interfaz neural inalámbrica de gran ancho de banda.

Los progresos que se habían realizado con el dispositivo BCI intracortical, el ya mencionado que implica la implantación de electrodos en el cerebro y que envía las señales a un ordenador mediante cables, ha demostrado tener numerosas aplicaciones de éxito como escribir, mover extremidades paralizadas o controlar prótesis robóticas. Sin embargo, la limitación se encuentra en la falta de movilidad que implican los cables conectados a un ordenador que, además, hace que los investigadores no puedan probarlos con efectividad en diferentes entornos.

Actualmente, el equipo de la Universidad de Brown ha desarrollado un dispositivo BCI inalámbrico capaz de detectar señales neuronales durante 24 horas seguidas en la vida cotidiana de un paciente. Este sistema inalámbrico es funcionalmente equivalente a los sistemas cableados estándar de los dispositivos BCI estudiados durante años, pero la clave está en que las personas ya no necesitan la unión física al equipo y esto brinda un nuevo campo de aplicaciones y usos.

Entrando en detalles técnicos, el sistema fue diseñado para trabajar con una interfaz llamada BrainGate, en la cual se trabaja con dos electrodos implantados bajo el cráneo del paciente. Por otro lado, el transmisor mide aproximadamente dos pulgadas de ancho y se conecta al mismo puerto que utilizaría un sistema cableado. Por último, la unidad digitaliza las señales recogidas y las transmite a una serie de antenas ubicadas alrededor del espacio en el que se mueve el usuario.

La primera prueba se realizó con dos pacientes con lesiones de medula espinal, en la que ambos pudieron mover un cursor de ordenados en su casa en vez de en un centro de investigación. Además, en uno de los pacientes se consiguió registrar hasta 24 horas de su actividad neuronal gracias a las baterías, que cuentan con una duración de 3 a 6 horas.

Hasta ahora, las pruebas inalámbricas que se habían realizado no habían demostrado la misma eficacia que las conectadas a un ordenador físicamente, ni tampoco habían logrado el mismo ancho de banda. Por ello, este se considera el primer caso exitoso de demostración de una BCI inalámbrica que conlleva un avance hacia el uso funcional de interfaces neuronales de alto rendimiento totalmente implantadas.

En consecuencia, se espera que empresas como Neuralink o Kernel, muestren gran interés por este avance para convertir las interfaces neuronales en tecnología de consumo estándar. El transmisor voluminoso, la configuración compleja del receptor y el procedimiento invasivo para instalar los electrodos en el cerebro son obstáculos importantes que considerar y, por ello, se debe seguir avanzado en las diferentes investigaciones.

Conclusiones

Durante este análisis, se ha dado a conocer la importancia de desarrollar interfaces neuronales, pues no solo suponen una mejora inmensa en la vida cotidiana de muchas personas enferma, sino que grandes empresas como Facebook o Neuralink están invirtiendo su dinero en ellos para convertir la tecnología en un uso habitual y extendido. Principalmente, debido a estos dos factores se espera un crecimiento importante de mercado para 2024, pudiendo alcanzar los 15.000 millones de dólares.

Entre los players implicados en el mercado, destaca Neuralink, cofundada por Elon Musk, y cuyo fin es llevar lograr grandes avances en la tecnología para hacer un uso diario de ella. Asimismo, ha logrado grandes avances en la tecnología Deep Brain Stimulation (DBS) y en la tecnología BCI. Sin embargo, sus pruebas aún están en una fase experimental con animales.

Por otro lado, el apoyo de Facebook a un grupo de investigadores de la universidad de California ha permitido el desarrollo de un algoritmo muy potente para la interpretación de las señales eléctricas neuronales relacionadas con el habla y la escucha. No obstante, ha sido la universidad de Brown la primera en tener éxito en ensayos con humanos de dispositivos BCI inalámbricos.

En conclusión, se esperan grandes avances y mejoras ante las dificultades con las que lucha esta tecnología ahora mismo como la configuración compleja y la cirugía que debe realizarse el paciente para instalar los electrodos en su cerebro.