Los sensores unidireccionales o dispositivos de retroalimentación implantados en el cerebro se pueden usar para tratar diversas enfermedades como la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer, para controlar prótesis de extremidades y exoesqueletos, para recibir señales del
ojo biónico y también para realizar las funciones del cerebro mismo.
Durante los últimos treinta años, los científicos han estado tratando de crear un dispositivo que simule los procesos que tienen lugar en el hipocampo para restaurar la capacidad de las personas de crear nuevos recuerdos: transferir datos de la memoria a corto plazo a largo plazo. En un trabajo reciente, un equipo de varias universidades estadounidenses mejoró los resultados de la resolución de problemas de memorización en un 35-37%.
Analicemos hasta dónde han llegado los investigadores en esta área y de quién deberíamos esperar nuevas soluciones en el futuro.
Disparo de la película "Johnny Mnemonic"Los implantes cerebrales son un clásico de la ciencia ficción, se encuentran en películas ("Johnny Mnemonic") y libros ("Enclaves"). A menudo, en las fantasías de los escritores y guionistas, están diseñados para reemplazar y ampliar la memoria, aumentar la capacidad de aprendizaje y obtener acceso a la red. En los Enclaves, se podría insertar un procesador adicional en el puerto en el cráneo, aumentando la capacidad del cerebro muchas veces.
En la vida real, ya hay ejemplos de implantes cerebrales. Uno de los primeros dispositivos que trabajó dentro del cráneo para obtener información fue un
implante coclear para compensar la pérdida auditiva con
pérdida auditiva neurosensorial : en este trastorno, la audición se pierde debido al daño del aparato receptor de sonido. Una neuroprótesis convierte los impulsos eléctricos de un micrófono externo en señales comprensibles para el sistema nervioso humano. La tecnología se ha utilizado desde la década de 1960.
FuenteLa prótesis ocular funciona de acuerdo con un sistema similar: los datos de la cámara integrada en las gafas se transmiten al dispositivo principal, que convierte la imagen en una señal que va a los electrodos conectados a la retina o implantados en el cerebro. Mientras todos los dispositivos de esta área le permitan ver solo los contornos de los objetos, no se habla de colores.
Una forma de ayudar a los pacientes con epilepsia es la monitorización invasiva. Los electrodos se implantan en el cerebro de los pacientes, lo que ayuda a los médicos a determinar el área de inicio de una crisis epiléptica y su propagación. La determinación precisa de estos parámetros permite medidas quirúrgicas efectivas para tratar al paciente. Otra área que debería ayudar a las personas con enfermedad de Alzheimer o depresión, en la que las drogas afectan el cerebro, son los
implantes para inyección directa de la droga en el cerebro, que están trabajando en un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
Hay experimentos en el campo de las enfermedades más raras. Uno de los primeros cyborgs,
Neil Harbisson , no ha visto flores desde la infancia debido a la
acromatopsia . Desarrolló un dispositivo que le permite "escuchar" el color.
Otra área prometedora es mejorar la memoria. Los científicos aún no entienden completamente cómo funciona el cerebro humano, pero ya pueden restaurar algunas de sus funciones: los dispositivos literalmente imitan su comportamiento, reconstruyendo las señales eléctricas recibidas al estimular las áreas necesarias en la secuencia correcta.
Theodore Berger, de la Universidad del Sur de California, ha estado buscando una forma de mejorar la memoria humana con dispositivos implantables en el cerebro durante más de 25 años. A principios de la década de 2000, un grupo de científicos bajo su liderazgo creó una de las primeras prótesis de
hipocampo para roedores experimentales. Esta área del cerebro es responsable de la transición de la memoria a corto plazo a largo plazo. Los síntomas de la forma más común de demencia, la enfermedad de Alzheimer, incluyen un trastorno de la memoria a corto plazo, y uno de los primeros signos de la enfermedad es una disminución en el volumen de esta parte del cerebro.
En 2010, Berger realizó una serie de
experimentos en ratas con electrodos implantados que capturaron las regiones CA3 y CA1 del hipocampo. Los roedores resolvieron problemas, estando en una cámara con dos palancas escondidas en la pared. Primero tenía que presionar la palanca, luego se retrajo contra la pared durante un cierto tiempo, y después de que la rata eligió una de las dos palancas que aparecieron. Para obtener agua, el roedor tenía que presionar la palanca de arranque opuesta, y si presionaba la misma, el sujeto era castigado apagando la luz. El tiempo para resolver el problema se incrementó gradualmente de 5 a 60 segundos. Los electrodos en este momento registraron las señales de las neuronas cuando se presionó la palanca.
El "código" grabado nos permitió crear un modelo de estimulación para mejorar el desempeño de esta tarea. En el gráfico en la parte inferior izquierda de la imagen, los resultados obtenidos durante la estimulación cerebral usando este modelo están marcados en naranja, y los resultados de control registrados en la etapa anterior del experimento están marcados en azul. En este caso, la estimulación se llevó a cabo no en el momento de adivinar la palanca, sino en el momento de la primera interacción con ella, es decir, para la memorización.
Adición de señales artificiales (Theodore W. Berger, Robert E. Hampson, Dong Song, Anushka Goonawardena, Vasilis Z. Marmarelis, Sam A. Deadwyler, 2011)En 2011, el equipo de Berger
demostró la capacidad de habilitar y deshabilitar la memoria de los animales mediante sensores en el cerebro de la rata. Usando drogas, los roedores bloquearon la capacidad de crear recuerdos a largo plazo: bloquearon el trabajo de la región CA3 y luego la restauraron con electrodos. Las señales artificiales que recrean la actividad de las neuronas mejoraron el porcentaje de respuestas correctas.
Sustitución de la señal natural del hipocampo por una artificial (Theodore W. Berger, Robert E. Hampson, Dong Song, Anushka Goonawardena, Vasilis Z. Marmarelis, Sam A. Deadwyler, 2011)En 2017, comenzaron los experimentos con personas con electrodos implantados en el cerebro. Veinte voluntarios resolvieron las tareas de memorización. Primero, el implante registró señales neuronales y luego "ayudó" a la persona a recordar la respuesta a la tarea debido a la estimulación cerebral. Luego, la memoria a corto plazo mejoró en un 15%. Un nuevo estudio,
publicado el 28 de marzo de 2018 , elevó esta cifra al 35-37%. Desde 2014, la agencia DARPA ha estado interesada en el tema de la recuperación de memoria: financió esta investigación y también otorga subvenciones para trabajos de investigación en el campo de la creación de sensores implantables por retroalimentación en el cerebro.
Para un nuevo estudio, un equipo de científicos del Centro Médico Bautista Wake Forest y la Universidad del Sur de California reclutaron a ocho pacientes con epilepsia involucrados en un procedimiento de diagnóstico de mapeo cerebral. Se instalaron electrodos en diferentes partes del cerebro de los participantes. El estudio tuvo como objetivo
la memoria episódica , que contiene información útil durante un corto período de tiempo; es con ello que surgen los principales problemas en personas con enfermedad de Alzheimer, derrames cerebrales y lesiones en la cabeza.
Sistema de electrodos para monitorizar y duplicar la actividad neural del hipocampo.En una prueba, los pacientes realizaron tareas en formas geométricas de colores, mientras que los sensores registraron la actividad de las neuronas en el hipocampo. Después de ver la figura dada, tuvieron que elegirla entre cuatro o cinco opciones. La estimulación del cerebro en la secuencia correcta aumentó la eficiencia de resolver estos problemas en un 37%. La segunda prueba fue adivinar las fotos una hora después de que se mostraron. Esta vez, la estimulación mejoró el rendimiento en un 35%.
En la parte superior izquierda de la imagen marcada "Actual" están las señales registradas de neuronas entre las regiones del hipocampo conocidas como CA3 y CA1. Esto es lo que los sensores rastrearon cuando los participantes observaron las imágenes dadas. Los científicos analizaron los registros realizados durante las respuestas correctas, y los recreé usando comentarios.
Fuente“Probamos que podemos ingresar en la memoria del paciente, grabar una señal y transmitirla de regreso. Incluso en los casos en que la memoria humana se ve afectada, es posible identificar patrones de señales neuronales y separar los patrones correctos de las señales incorrectas. Entonces podemos ayudar al cerebro del paciente en la formación de nuevos recuerdos, no para reemplazar la función de memoria en sí, sino para mejorarla. Ahora estamos tratando de determinar cuánto es posible mejorar la función de la memoria, pero en el futuro esperamos ayudar a las personas a registrar recuerdos específicos, por ejemplo, dónde viven, cómo se ven sus nietos cuando su propia memoria deja de funcionar ", dice Robert Hampson, profesor de fisiología, Farmacología y Neurología Wake Forest Baptist Medical Center, uno de los autores del estudio.
La startup KerNEL está
trabajando en la comercialización de la tecnología Berger. El fundador de la compañía, Brian Johnson, no solo quiere comenzar a vender dispositivos de recuperación de memoria, sino también crear nuevos implantes para mejorar la atención y la creatividad humana, es decir, ir más allá del uso médico de los dispositivos. En este caso, los dispositivos tienen la oportunidad de escapar de la necesidad de obedecer todos los requisitos para equipos médicos y ponerse a la par de las pulseras de fitness.
Johnson tiene dinero para el proyecto gracias a la venta de PayPal por $ 800 millones en 2013. Otra persona asociada con este proyecto, Ilon Musk,
registró Neuralink en 2016 y contrató personas relacionadas con la investigación del cerebro. A corto plazo, Musk quiere producir dispositivos para tratar diversas enfermedades cerebrales, pero en el futuro, como Johnson, quiere mejorar a las personas. Incluyendo, dándoles capacidades telepáticas. En marzo de 2018, se supo que la compañía Mask
recibió permiso para experimentar con animales en San Francisco. Neurlalink continúa buscando especialistas en el equipo:
el sitio contiene vacantes para ingenieros en el campo de la robótica, la microelectrónica, los desarrolladores de software y otros. Uno de los requisitos principales es el deseo de superar grandes desafíos.
Durante los últimos dos años, DARPA ha estado trabajando en la creación de interfaces neuronales implantables para obtener
"una resolución de señal y un ancho de banda sin precedentes para transmitir información entre el cerebro humano y los sistemas electrónicos" . Hay ejemplos interesantes de electrodos elásticos, como un
dispositivo desarrollado por científicos de la Universidad de Linkoping (Suecia): sobre la base, los investigadores de la Universidad de Lund en Suecia han desarrollado una
solución que puede almacenar y procesar datos de más de 1 millón de neuronas en tiempo real y proporcionar retroalimentación a una velocidad de 25 milisegundos
Un mayor desarrollo de soluciones de hardware y procesamiento nos permitirá transferir parte de la investigación del cerebro al campo del software. Para aumentar la eficiencia, es necesaria la estandarización de todos los elementos de los sistemas de neurocomputadoras. Pero por ahora, esto es ciencia ficción.