Eric Lutehardt cree que en el futuro cercano permitiremos que los médicos inserten electrodos en nuestros cerebros para que podamos comunicarnos directamente con las computadoras y entre nosotros
El lunes por la mañana, después del estreno de Blade Runner 2049, Eric Leuthardt está de pie en el centro de una sala de operaciones inundada de luz, vestido con una bata y una máscara, inclinándose sobre un paciente inconsciente.
"Pensé que era un hombre, pero no estaba seguro", dice Lutehardt al cirujano que está de pie junto a él, mientras dibuja una línea en la piel afeitada de la cabeza del paciente, donde realizará las primeras incisiones como parte de una operación neuroquirúrgica. "¿Creías que era un replicante?"
"Definitivamente pensé que era un replicante", dice el interno, refiriéndose al término de la película, que significa androides realistas.
"Me parece muy interesante que los autos voladores se muestren constantemente en el futuro", dice Lutehardt, pasando el marcador al residente y levantando el bisturí. “Mostraron anti-utopía: hablaban todo el tiempo sobre biología, sobre replicantes. Pero faltan grandes piezas del futuro. ¿Dónde están, por ejemplo, las neuroprótesis?
Lutehardt, un científico y neurocirujano de 44 años, pensó mucho sobre este tema. Además de su trabajo como neurocirujano en la Universidad de Washington en St. Louis, también publicó dos novelas y escribió una obra galardonada, diseñada para "preparar a la sociedad para los próximos cambios". En la primera novela, el thriller tecnológico "Red Devil 4" [RedDevil 4], el 90% de la población eligió la implantación de equipos informáticos directamente en el cerebro. Esto hizo posible proporcionar una conexión entre las personas y las computadoras, y una gran cantidad de sensaciones sensoriales estuvieron disponibles sin salir de casa. Lutehardt cree que en las próximas décadas, tales implantes se convertirán en algo así como cirugía plástica o tatuajes, y se instalarán sin dudarlo.
Eric Lutehardt"Mi trabajo es abrir a la gente", dice. "Así que es bastante fácil de imaginar".
Pero Lutehardt hizo mucho más que solo imaginar el futuro. Se especializa en operaciones en pacientes con epilepsia intratable, y todos necesitan pasar varios días antes de la operación principal con electrodos implantados en su corteza, mientras que las computadoras recopilan información sobre las secuencias de neuronas que se activan frente a sus ataques. En este momento, están atados a una cama de hospital y, a menudo, están muy aburridos. Hace unos 15 años, Lutehardt tuvo una epifanía: ¿por qué no atraerlos para que sean sujetos en un experimento? Esto disipará su aburrimiento y ayudará a acercar sus sueños a la realidad.
Lutehardt comenzó a desarrollar tareas para ellos. Luego analizó sus señales cerebrales para comprender lo que podía aprender sobre la decodificación cerebral de pensamientos e intenciones, y cómo esas señales podrían usarse para controlar dispositivos externos. ¿Hay suficientes datos a los que tenga acceso para describir el movimiento planificado? ¿Es posible escuchar el monólogo interno del hombre? ¿Es posible descifrar la mente?
Aunque las respuestas a algunas de estas preguntas estaban lejos de ser inequívocas, fueron inspiradoras. Lo suficientemente inspirador como para convertir a Lutehardt en un verdadero creyente, aquellos cuyas ideas podrían sonar locas si no fuera un neurocirujano que trabaja en un entorno de vida o muerte en la sala de operaciones, cuando no hay lugar para la ilusión o la arrogancia. Lutehardt sabe mejor que otros que la neurocirugía es un negocio peligroso, aterrador y difícil para el paciente. Pero su comprensión del cerebro le dio una idea clara de sus limitaciones inherentes, y el potencial de la tecnología para ayudar a superarlas. Insiste en que cuando el resto del mundo comprenda todas las posibilidades y la tecnología haga el progreso necesario, la raza humana hará lo que siempre hizo. Evoluciona Esta vez, con la ayuda de chips implantados en la cabeza.
El paciente está preparado para una cirugía láser mínimamente invasiva para tratar un tumor cerebral. Operaciones de precisión similares han hecho que la implantación de electrodos sea más segura y menos intimidante."La verdadera neurointegración está destinada a suceder", dice Luthardt. Esto es cuestión de tiempo. Tomará 10 o 100 años, a la larga esto será un desarrollo significativo de la humanidad ”.
Lutehardt no es la única persona que tiene ambiciones exóticas para crear interfaces cerebro-computadora. En marzo pasado, Elon Musk, fundador de Tesla y SpaceX, lanzó el proyecto Neuralink, diseñado para crear dispositivos que faciliten la integración del cerebro y las máquinas. Mark Zuckerberg de Facebook expresó los mismos sueños, y esta primavera su compañía reveló el hecho de que 60 de sus ingenieros están trabajando en la creación de interfaces que le permitan escribir con el poder del pensamiento. Brian Johnson, el fundador del sistema de pago Braintree, utiliza sus fondos para apoyar a Kernel, una compañía que desarrolla neuroprótesis, que cree que algún día mejorará la inteligencia, la memoria y más.
Pero todos estos planes están en las primeras etapas, y no fueron ampliamente difundidos, y por lo tanto es difícil determinar qué progreso ya se ha logrado o cuán realistas son los objetivos establecidos. Problemas con las interfaces del carro cerebro-computadora. Los dispositivos de los que hablan Musk y Zuckerberg requerirán no solo equipos de mejor calidad que puedan soportar la conexión mecánica continua y la transferencia de datos entre computadoras de silicio y la materia gris desordenada del cerebro humano. Tendrán que tener suficiente poder de cómputo para analizar la matriz de datos producidos en cualquier momento por cualquier número de cientos de miles de millones de neuronas cerebrales. Y además, todavía no conocemos el código utilizado por el cerebro. En otras palabras, tendremos que aprender a leer las mentes de las personas.
Pero Lutehardt cree que verá esto durante su vida. "Conociendo la velocidad con la que la tecnología está cambiando, es totalmente concebible que durante 20 años todo lo que contiene un teléfono celular moderno se ajuste a un grano de arroz", dice. "Y esto ya se puede poner en tu cabeza de una manera mínimamente invasiva, y puede hacer los cálculos necesarios para ser una interfaz cerebro-computadora verdaderamente efectiva".
Descifrando el cerebro
Los científicos saben desde hace tiempo que la activación de las neuronas nos permite movernos, sentir y pensar. Pero descifrar el código en el que las neuronas se comunican entre sí y con el resto del cuerpo (escuche esta comunicación, comprenda cómo exactamente las células cerebrales nos permiten funcionar) ha sido una de las tareas más difíciles de la neurobiología.
A principios de la década de 1980, el ingeniero Apostolos Georgopoulos [Apostolos Georgopoulos] del Instituto. Hopkins allanó el camino para la revolución actual de las interfaces cerebro-computadora. Georgopoulos identificó neuronas en áreas de alto nivel de procesamiento de la corteza motora, que se activan antes de cada movimiento, ya sea una onda del cepillo hacia la derecha o presión desde la parte superior de la mano. Este descubrimiento se hizo importante porque estas señales podían registrarse y usarse para predecir la dirección y la fuerza de los movimientos. Algunos de estos circuitos de activación de neuronas controlaron el comportamiento de muchas neuronas de bajo nivel que trabajan juntas para mover los músculos individuales y, en última instancia, las extremidades.
Utilizando conjuntos de docenas de electrodos que rastrean señales de alto nivel, Georgopoulos demostró que puede predecir no solo en qué dirección moverá el mono el joystick en el espacio tridimensional, sino también la velocidad del movimiento y su cambio en el tiempo.
Fueron esos datos los que parecieron ser utilizados para dar al paciente paralítico la capacidad de controlar la prótesis con el poder del pensamiento. Fue esta tarea la que asumió uno de los protegidos de Georgopoulos, Andrew Schwartz, en la década de 1990. A fines de la década de 1990, Schwartz, ahora neurocientífico de la Universidad de Pittsburgh, había implantado electrodos en el cerebro del mono y comenzó a demostrar que realmente podían ser entrenados para controlar las extremidades robóticas mediante el poder del pensamiento.
Lewthardt, que se preparaba para ir a trabajar a la Universidad de Washington en 1999, se inspiró en este trabajo: cuando necesitaba decidir cómo pasar un descanso anual para la investigación, entendía lo que quería hacer. Los primeros éxitos de Schwartz convencieron a Lewthardt de que la ciencia ficción estaba a punto de convertirse en realidad. Los científicos finalmente dieron los primeros pasos seductores para unir al hombre con la máquina. Lutehardt quería ser parte de la próxima revolución.
Pensó dedicar su año a estudiar el problema de las cicatrices en ratones: con el tiempo, los electrodos implantados por Schwartz y otros causaron una reacción inflamatoria o se cubrieron con células cerebrales y dejaron de funcionar. Pero cuando Lutehardt y su curador comenzaron a desarrollar un plan, tuvieron una mejor idea. ¿Por qué no explorar el uso de alguna otra tecnología para registrar la actividad cerebral?
"De repente nos dimos cuenta:" ¡Oye, siempre tenemos personas con electrodos! ", Dice Luthardt. "¿Por qué no experimentamos con ellos?"
Un cirujano se prepara para perforar un agujero en el cráneo de un paciente para colocar una sonda láser
Un marco estereotáctico montado en el cráneo guía la sonda láser, que apunta al punto deseado en el cerebro.Georgopoulos y Schwartz recolectaron datos basados en una técnica que utiliza microelectrodos ubicados al lado de las membranas de las neuronas individuales y rastreando los cambios de voltaje. Los electrodos utilizados por Lutehardt, que fueron implantados en pacientes con epilepsia antes de la cirugía, eran mucho más grandes y estaban ubicados en la superficie de la corteza, debajo del cuero cabelludo, en piezas de plástico, registrando señales emitidas por cientos de miles de neuronas simultáneamente. Para instalarlos, Lutehardt realizó una operación primaria en la que se extrajo la parte superior del cráneo, se hizo una incisión en la
duramadre (la membrana más externa del cerebro) y los electrodos se ubicaron directamente en la parte superior del cerebro. Luego los conectó con un manojo de cables provenientes de la cabeza del paciente y conectó los cables a dispositivos que analizan las señales cerebrales.
Dichos electrodos se han utilizado con éxito durante décadas para determinar la fuente exacta de las crisis epilépticas en el cerebro del paciente. Después de la primera operación, el paciente deja de tomar medicamentos para las convulsiones, lo que finalmente causa un ataque, y los datos sobre su fuente física ayudan a los médicos, Lutehardt y otros, a decidir qué parte del cerebro debe resecarse para prevenir ataques en el futuro.
Pero muchas personas se mostraron escépticas de que los electrodos pudieran dar suficiente información para controlar la prótesis. Para averiguarlo, Lewhardt trajo a Gerwin Schalk, un científico informático en el Centro Wadsworth, un laboratorio de salud en el Departamento de Salud de Nueva York. El progreso fue rápido. Después de varios años de pruebas, los pacientes de Lutehardt demostraron su habilidad para jugar Space Invaders moviendo la nave espacial virtual de izquierda a derecha con el poder del pensamiento. Luego aprendieron a mover el cursor en un espacio tridimensional en la pantalla.
En 2006, después de informar sobre su trabajo en la conferencia, Elmar Schmeisser, gerente del Departamento de Investigación del Ejército de EE. UU., Contactó a Schalk. Schmeiser concibió algo más complejo. Quería saber si era posible decodificar el "discurso mental", palabras que una persona no expresa, sino que habla en su cabeza. Schmeiser amaba la ciencia ficción y soñaba con crear un "casco mental" capaz de reconocer el discurso mental del soldado y transmitirlo al auricular de su amigo.
Sonda láserLutehardt arregló con 12 pacientes con epilepsia postrados en cama que yacían en las habitaciones y estaban aburridos, esperando ataques, y les dio a cada uno 36 palabras con una estructura simple de consonante-vocal-consonante, como "apuesta", "murciélago" "," Beat "y" boot ". Pidió a los pacientes que primero dijeran las palabras en voz alta, y luego imaginaran cómo las dirían, siguiendo las instrucciones visuales en la pantalla de la computadora sin audio, y luego vuelvan a decir la palabra en voz alta, ya sin un aviso de video para que él podría detectar señales sensoriales entrantes. Envió a Schalke para su análisis.
El programa Shalk funciona con algoritmos de reconocimiento de secuencia: su sistema puede ser entrenado para reconocer esquemas de activación de grupos de neutrones asociados con una tarea o pensamiento específico. Si hay 50-200 electrodos, cada uno de los cuales produce 1000 valores por segundo, el programa tiene que moler una gran cantidad de variables. Cuantos más electrodos y menos neuronas por electrodo, mayores serán las posibilidades de decodificar secuencias significativas, si utiliza una potencia informática lo suficientemente grande que pueda hacer frente al rechazo de ruido innecesario.
"Cuanto mayor sea la resolución, mejor, pero deberíamos tener un mínimo de aproximadamente 50,000 números por segundo", dice Schalk. - Necesitas extraer de ellos una cosa que te interese. Esta es una tarea no trivial ".
Los resultados de Schalk fueron sorprendentemente confiables. Como era de esperar, cuando los pacientes expresaron la palabra, los datos hablaron de actividad en áreas de la corteza motora asociada con los músculos que reproducen el habla. La corteza sonora y su área vecina, que durante mucho tiempo se sospechaba que estaban asociadas con el procesamiento del habla, también estaban activas en ese momento. Curiosamente, cuando los sujetos presentaron las palabras sin expresarlas, los patrones de activación neuronal resultaron ser muy similares, aunque fueron ligeramente diferentes.
Schalk, Lutehardt y otras personas involucradas en el proyecto creen que encontraron esta voz tranquila que escuchamos en nuestras cabezas cuando imaginamos el discurso. El sistema nunca ha sido perfecto: durante varios años de trabajo y mejora de algoritmos, el programa Shalk puede adivinar palabras correctamente en el 45% de los casos. Pero en lugar de tratar de mejorar este resultado (la calidad debería aumentar con sensores mejorados), Schalk y Lutehardt se centraron en descifrar los componentes del habla cada vez más complejos.
En los últimos años, Schalk continúa mejorando el procesamiento del habla real y mental (puede distinguir entre lo que el sujeto dice mentalmente: el discurso de Martin Luther King "
Tengo un sueño " o el
discurso de Gettysburg de Abraham Lincoln. En ese momento, Lewthardt estaba tratando de ir a otra área: determinar cómo el cerebro codifica conceptos inteligentes a través de varias secciones.
Los datos sobre estos estudios aún no se han publicado, pero "para ser honesto, todavía estamos tratando de resolverlos", dice Lutehardt. Admite que su laboratorio puede haberse acercado al límite de lo que es posible en el nivel actual de desarrollo tecnológico.
Implantando el futuro
"Tan pronto como obtuvimos evidencia de que podemos decodificar las intenciones", dice Luthardt, "supe que las cosas iban a suceder".
Poco después de recibir los resultados, Lutehardt se tomó unos días libres para escribir artículos, imaginar el futuro y pensar en objetivos a corto y largo plazo. En las primeras líneas de la lista de tareas pendientes, decidió colocar la preparación de la humanidad para el futuro próximo, y este trabajo aún está muy lejos de completarse.
Lutehardt perfora un agujero en el cráneo
En esta pantalla, los movimientos del láser se rastrean en tiempo real.Después de la operación, recostándose en una silla en su oficina, Lutehardt afirma que con los fondos adecuados, ya podría crear una prótesis de implante para la venta gratuita, lo que permitiría a una persona usar una computadora y controlar el cursor en un espacio tridimensional. Los usuarios también pueden hacer cosas como encender y apagar las luces o ajustar la temperatura con un pensamiento. Incluso podrían experimentar sensaciones táctiles inducidas artificialmente y obtener acceso a formas primitivas de convertir el habla mental en sonido. "Con la tecnología actual, podría hacer un implante, pero ¿cuántas personas lo necesitan?" El dice. "Creo que es muy importante dar pequeños pasos prácticos para que las personas tomen este camino hacia un objetivo a largo plazo".
Para hacer esto, Lutehardt fundó NeuroLutions, que debería demostrar que hoy existe un mercado para dispositivos rudimentarios que conectan el cerebro a la máquina y están al comienzo del desarrollo de tecnologías para ayudar a las personas. NeuroLutions ya recibió varios millones en inversiones, y ya está experimentando víctimas de accidente cerebrovascular que han perdido el control de un lado del cuerpo, una interfaz cerebro-máquina no invasiva.
Este dispositivo consta de electrodos que monitorean el funcionamiento del cerebro, ubicado en el cuero cabelludo y conectado al aparato ortopédico. Es capaz de determinar la actividad neural característica asociada con la intención de hacer un movimiento, antes de que la señal llegue al área motora del cerebro. Las señales neuronales provienen del lado del cerebro opuesto al destruido por un derrame cerebral, por lo tanto, generalmente no sufren. Al descubrirlos, amplificarlos y usarlos para controlar un dispositivo que mueve una extremidad paralizada, Lutehardt puede ayudar a un paciente a recuperar el control perdido de una extremidad de manera más rápida y eficiente que con los enfoques actuales disponibles en el mercado. , , .
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El uso de electrodos no invasivos ubicados en el cuero cabelludo no confunde tanto a los pacientes, pero impone serias limitaciones. Las señales eléctricas de las células nerviosas en el cerebro son ahogadas en gran medida por el cuero cabelludo, y también se dispersan cuando pasan a través del hueso. Debido a esto, son más difíciles de reconocer y determinar su origen.Lutehardt puede hacer mucho más con electrodos implantados ubicados directamente en la corteza cerebral. Pero a través de una experiencia muy dolorosa, aprendió que es más difícil justificar la cirugía, no solo para los pacientes, sino también para los inversores.2008- NeuroLutions, , . . , , -, . — , , , . ( 40 000 ). , , . . , , .
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Adam Payor es el autor de The Body Builders: Inside the Science of the Engineered Human] sobre biotecnología.