La interfaz de la computadora cerebral puede reemplazar la producción natural del ser humano
CIENCIA / TECNOLOGÍA
La posibilidad de que las personas puedan actuar a través de señales cerebrales en lugar de músculos ha fascinado a científicos y no científicos durante muchos años. Ahora, casi un siglo después del descubrimiento de época de Berger, la posibilidad se está convirtiendo en realidad. Aunque la realidad es nueva y tentativa y muy modesta, su entusiasmo es potencial y está impulsando el floreciente campo de la investigación de la interfaz cerebro-computadora.
¿QUÉ ES LA INTERFAZ DE LA COMPUTADORA CEREBRAL?
Como se entiende actualmente, la función del sistema nervioso central (SNC) es responder a los eventos en el mundo exterior o el cuerpo produciendo productos que satisfagan las necesidades del organismo. Todas las salidas naturales del SNC son neuromusculares u hormonales.
Una interfaz cerebro-computadora proporciona al SNC una nueva producción que no es ni neuromuscular ni hormonal. Un BCI es un sistema que mide la actividad del SNC y la convierte en salidas artificiales que reemplazan, restauran, mejoran, complementan o mejoran la producción natural del SNC y, por lo tanto, cambian las interacciones en curso entre el SNC y su entorno externo o interno.
Entender esta definición requiere una comprensión de cada uno de sus términos clave, refiriéndose a CNS. El SNC se compone del cerebro y la médula espinal y se distingue del sistema nervioso periférico (SNP), que está compuesto por los nervios periféricos y los ganglios y los receptores sensoriales.
La estructura del SNC se distingue por su ubicación dentro de las cubiertas meníngeas, por sus tipos de células únicos e histología, y por sus funciones en la integración de las diferentes entradas sensoriales para producir salidas motoras apropiadas. Por el contrario, el PNS no está dentro de los significados, carece de la histología CNS única, y sirve principalmente para transmitir las entradas sensoriales al CNS y para transmitir salidas de motor de la misma.
La actividad del SNC consiste en los fenómenos electrofisiológicos, neuroquímicos y metabólicos (potenciales de acción neuronal, potenciales sinápticos, liberación de neurotransmisores y consumo de oxígeno) que ocurren continuamente en el SNC. Estos fenómenos pueden calificarse controlando los campos eléctricos o magnéticos, la oxigenación de la hemoglobina u otros parámetros utilizando sensores en el cuero cabelludo de una persona, en la superficie del cerebro o dentro del cerebro.
Un BCI registra estas señales cerebrales extrae medidas específicas de ellos y convierte estas características en salidas artificiales que actúan en el mundo exterior o en el cuerpo mismo.
BCI REEMPLAZA LA SALIDA NATURAL PERDIDA
Un resultado de BCI podría reemplazar la producción natural que se ha perdido como resultado de una lesión o enfermedad. Por ejemplo, una persona que ya no puede hablar puede usar una ICC para escribir palabras que luego son pronunciadas por un sintetizador de voz. O una persona que ha perdido el control de las extremidades puede usar la interfaz cerebro-computadora para operar una silla de ruedas motorizada. En estos ejemplos, BCI puede reemplazar la producción natural perdida.
BCI SUSTITUIR LA SALIDA NATURAL
Un resultado de BCI puede restaurar la producción natural perdida. Por ejemplo, una persona con lesión de la médula espinal cuyos brazos y mano están paralizados podría usar una ICC para estimular los músculos paralizados a través de electrodos implantados para que el músculo mueva las extremidades. O una persona que ha perdido la función de la vejiga debido a la esclerosis múltiple podría usar una ICC para estimular los nervios periféricos que controlan la vejiga, permitiendo así la micción. En estos ejemplos, las salidas BCI restauran la salida natural
Un resultado de BCI podría mejorar la salida CNS natural. Por ejemplo, una persona que realiza una tarea que requiere atención continua durante un período prolongado puede usar un BCI que detecta la actividad cerebral que precede a las vueltas en la atención y luego proporciona un resultado que alerta a la persona y restaura la atención. Al evitar el lapso atencional que periódicamente afecta la salida natural del SNC, BCI mejora el rendimiento natural.
Una salida BCI podría complementar la salida CNS natural, por ejemplo: una persona que está controlando la posición de un cursor de computadora con un joystick manual podría usar un BCI para seleccionar los elementos que alcanza el cursor. O una persona puede usar un BCI para controlar un tercer brazo y una mano. En estos casos, el BCI complementa el rendimiento neuromuscular natural con una producción artificial adicional.
Finalmente, es posible que la producción de BCI mejore la producción natural del SNC. Por ejemplo, una persona cuyo movimiento del brazo ha sido afectado por un accidente cerebrovascular que involucra el contexto sensoriomotor podría usar un BCI para medir las señales de las áreas corticales dañadas y luego estimular el músculo o controlar un dispositivo de juramento para mejorar el movimiento del brazo. Debido a que esta aplicación BCI permite más movimientos normales, su uso repetido puede inducir una plasticidad del SNC dependiente de la actividad que mejora la salida natural del SNC y por lo tanto ayuda a la persona a renunciar a un control más normal del brazo.
La última parte de la definición establece que un BCI cambia la interacción en curso entre el CNS y su entorno externo o interno. El CNS interactúa continuamente con el mundo exterior y con el cuerpo. Estas interacciones consisten en sus salidas motrices al ambiente junto con sus entradas sensoriales del ambiente. Al medir la actividad de CNS y convertirla en salidas artificiales que afectan el medio ambiente, BCI cambia no solo la salida de CNS sino también las entradas sensoriales provenientes del entorno. Estos cambios en las entradas sensoriales provenientes del entorno se denominan retroalimentación.
Los dispositivos que simplemente monitorean la actividad cerebral y no la usan para cambiar la interacción continua entre CNS y su entorno no son BCI.
La reciente explosión de la investigación de BCI es parte de un aumento del interés en un espectro de nuevas tecnologías y terapias que prometen una comprensión y acceso sin precedentes al cerebro y su trastorno.
Estos incluyen métodos de imágenes estructurales y funcionales de alta resolución y especificidad, dispositivos crónicamente implantados para estimular estructuras específicas, moléculas y partículas que pueden estimular y guiar la regeneración y reconexión neuronal, células que pueden reemplazar tejidos perdidos y regímenes de rehabilitación que pueden restaurar funciones útiles.
Varios de estos nuevos métodos actúan directamente sobre el cerebro y, por lo tanto, contrastan con los BCI que, tal como se definen aquí, permiten que el cerebro actúe directamente sobre el mundo. Al mismo tiempo, es probable que algunos de estos métodos, como la estimulación directa de áreas sensoriales corticales o subcorticales, se incorporen en los sistemas BCI futuros para mejorar su rendimiento.
Los métodos de entrada directa, junto con BCI que proporcionan un resultado directo, se ajustan a la clase general de interfaces cerebrales. Si los métodos de entrada directa algún día adquirirán su propia designación, por ejemplo, la interacción computadora-cerebro. Queda por verse.
