Jose M. Carmena agregó que la ambición de la interface cerebro-máquina es sanar enfermedades que hasta ahora son imposibles de curar con la solución farmacéutica
“Lo que nosotros llamamos pensamiento, intención del pensamiento, se refleja en la actividad de nuestras neuronas, en otras palabras, nosotros somos lo que son nuestras neuronas”, aseguró Pablo Rudomin, miembro de El Colegio Nacional, al iniciar la conferencia Interfaces cerebro-máquina: pasado, presente y futuro, con la que el ciclo Las neurociencias en México y el mundo.
El colegiado sostuvo que las nuevas técnicas, que permiten la implantación de electrodos para conectar la actividad cerebral al control de una máquina o una computadora, han creado un campo de investigación fructífero, llamado interface cerebro-máquina o interface cerebro-computadora, se trata de herramientas que están revolucionando la comprensión del cerebro.
“Estas tecnologías traducen la actividad cerebral en comandos computacionales ofreciendo comunicación y control para personas con discapacidades motoras, al tiempo que prometen nuevas posibilidades para la mejora cognitiva”, detalló el neurocientífico mexicano. Puntualizó que, al habilitar la comunicación directa entre el cerebro y los dispositivos externos, estas tecnologías ofrecen un potencial inmenso para restaurar la función sensorial y motora, para tratar trastornos neurológicos e incluso para aumentar algunas capacidades cognitivas humanas. Además, permiten desentrañar los correlatos neuronales de la cognición, percepción y toma de decisiones.
La sesión, realizada el 25 de septiembre y transmitida en vivo por las plataformas digitales de El Colegio Nacional, contó con la participación de Jose M. Carmena, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Neurociencia en la Universidad de California-Berkeley, y Ranier Gutiérrez, profesor titular del Departamento de Farmacología y del Centro de Investigación sobre el Envejecimiento (CIE) del Cinvestav.
Al tomar la palabra, Jose M. Carmena comentó que el objetivo de este campo de la interface cerebro-máquina tiene como ambición principal poder curar enfermedades que hasta ahora son imposibles de curar con la solución farmacéutica. “Hay una revolución que consiste en diseñar dispositivos que se implantan o se llevan en el cuerpo, que pueden interactuar con el sistema nervioso y ayudan a aliviar, curar o recuperar la funcionalidad pérdida ya sea sensorial, motora o cognitiva y también a salud mental. El sueño es poder tener a nuestro alcance estas tecnologías que puedan precablear el cerebro, explotando lo que se conoce como plasticidad neuronal”.
El co-fundador de la compañía Iota Biosciences Inc, pionera en los implantes médicos bioelectrónicos para tratar enfermedades crónicas, a través de mecanismos no farmacéuticos, expuso que las tres áreas fundamentales para lograr este sueño son la tecnología, la Inteligencia Artificial (IA) y la neurociencia. Explicó que la interface cerebro-máquina consiste en registrar la actividad neuronal del cerebro a través de censores, pero cuanto más invasiva es la técnica de implantación, más información se obtiene del cerebro. “Independientemente de las señales que se registren, lo que es común es que éstas entran en lo que se conoce como el decodificador matemático o algoritmo, es decir, en la función que traduce los impulsos de neuronas en un comando motor”.
Una forma de entender cómo funciona este algoritmo sería comparándolo con lo que hace la médula espinal, que tiene un circuito capaz de recibir mucha información y filtrarla como si fuera un cuello de botella para poder controlar el movimiento de los brazos y las piernas. El experto aseguró que la interface cerebro-máquina requiere de la retroalimentación para su buen funcionamiento, como sucede en el caso de un paciente con un brazo robótico, que para tomar jugo recibe información del exterior y también del interior del organismo.
De acuerdo con el ponente, “faltan tecnologías que permitan registrar muchísimas más neuronas, los implantes que los pacientes llevan registran del orden de cien a 200 canales, quizá con mil o dos mil se tendría un control más significativo”. También se necesita dotar al sistema del paciente con la retroalimentación sensorial, esto significa que el paciente pueda sentir lo que el brazo robótico está tocando como si fuera su propia mano.
Agregó que para que la interface cerebro-máquina se convierta en algo que un médico pueda prescribir, se requiere mejorar el número de canales que controlan el dispositivo y mejorar la tecnología. “Hasta este momento todo es dominio académico, no hay empresa en el mundo haciéndolo posible”.
En relación al futuro, Carmena sostuvo que se están haciendo estudios interesantes en la última barrera de esta tecnología que es la salud mental, a partir de que las enfermedades mentales están localizadas en distintos nodos del cerebro, se busca curarlas. Para esto se utiliza el concepto desaprender los padecimientos mal adaptativos, de la misma manera como el cerebro los aprende. Recordó que en pocas semanas se lanzará el Centro Nacional de Neurotecnología, que buscará realizar ensayos clínicos en esta materia y se centrará en su aplicación en la sociedad. “Habrá plazas para investigadores de todo el mundo con interés en trabajar en este centro, en cuando mucho un año”, subrayó el especialista.
Optogenética, el interruptor de las neuronas
Por su parte, Ranier Gutiérrez, neurocientífico experto en el registro de la actividad neuronal, explicó que la estimulación eléctrica produce una serie de sensaciones que van desde percepciones y movimientos hasta memorias complejas. Comentó que, entre los retos que tienen para el futuro las interfaces cerebro-máquina, se encuentra el de diseñar electrodos más pequeños, mejorar los algoritmos para controlarlos, mejorar las prótesis y, lo más complejo de todo, conocer cómo introducir información nuevamente al cerebro, “esta parte en la que agarramos un vaso y tenemos que darle información sensorial para que regrese al cerebro y así calcular la fuerza que se utilizará para moverlo y apretarlo sin romperlo”, esto llevará tiempo.
El científico mexicano recordó que en 2005 el profesor de Bioingeniería y Psiquiatría estadounidense Karl Deisseroth diseñó una nueva forma de manipular la actividad cerebral mediante la luz, a través de la optogenética. La optogenética es el control neuronal selectivo de tipos neuronales genéticamente identificados. “Es una suerte de switch o interruptor que nos permite prender o apagar las neuronas a placer”. Es, en resumen, una tecnología revolucionaria en la neurociencia.
“La optogenética nos ha permitido manipular selectivamente e interrogar los circuitos neuronales que subyacen a la función cerebral, tanto en la salud como en la enfermedad. El objetivo principal determinar la función fisiología que soporta un tipo de célula determinado”, explicó Gutiérrez.
Después de realizar una investigación con roedores en el Departamento de Farmacología y del Centro de Investigación sobre el Envejecimiento, del Cinvestav, el experto en encontró los ratones podían percibir las manipulaciones optogenéticas independientemente del área del cerebro modulada o de la estimulación de los tipos de células utilizadas. “Llamamos a este fenómeno optocepción, una señal perceptible generada internamente a partir de la perturbación del propio cerebro”. Esto quiere decir que se puede dar instrucciones al cerebro usando como canales las frecuencias.
Ranier Gutiérrez concluyó que la mayoría de las manipulaciones cerebrales optogenéticas pueden servir como una señal condicionada para guiar las decisiones y el aprendizaje, probablemente utilizando una variedad de sensaciones como la interocepción, los sentimientos, las percepciones u otras respuestas sensoriales-motoras evocadas por la perturbación de distintos circuitos cerebrales. “Las investigaciones futuras deberán descubrir si la optocepción es la propiedad fundamental en todas las partes del cerebro y revelar sus mecanismos subyacentes. Con las optocepción podríamos introducir información directamente al cerebro para mejorar las interfaces cerebro-máquina”.
Fuente: El Colegio Nacional