Cuerpo, cerebro, máquina, conexión
Convertir un pensamiento en acción ya es posible. Esta especie de ‘telequinesia’ ha dejado de ser ciencia ficción. Grupos de investigadores están desarrollando interfaces cerebro-máquina que permiten a gente con distintos grados de inmovilidad accionar mecanismos con solo la fuerza mental. Se abre un futuro de mil posibilidades.
Cathy Hutchinson logró en mayo mover un robot con la mente. / AP
A los 42 años, la vida de Cathy
Hutchinson, una madre soltera de Attleboro (Massachusetts, EE UU), cambió en
un simple parpadeo. Un ictus cerebral le dejó tetrapléjica y sin habla. Durante
los 11 años siguientes, Cathy tuvo que vivir en una residencia especializada,
que definió como una “suerte de prisión por un crimen que no había cometido”.
Quienes la conocen la describen como una mujer luchadora. En 2007 puso una
demanda judicial en nombre de miles de discapacitados cerebrales para que el
Estado de Massachusetts facilitara su integración en la comunidad, costeando la
construcción de hogares especializados. Y ganó. Pero quizá su mayor desafío ha
sido, tras 15 años sin hablar ni poder moverse, controlar un brazo robot con su
voluntad.
Cathy tiene los dedos encogidos,
frente a un vaso metálico que contiene su café de todas las mañanas. El simple
acto de cogerlo representaría para ella el sueño de toda una vida. Es como si
el vaso estuviera en la cima del monte Everest. De la cabeza de la mujer surge
un cable que le conecta a un ordenador, que a su vez está unido a un brazo
robótico de metal azul con los dedos metálicos articulados. Cathy imagina en
su mente que el brazo la obedece, y en un ejercicio lento y suave la cosa
desciende, gira y la mano agarra con firmeza el recipiente. Cathy se acerca el
vaso, del que sale una paja, y sorbe el líquido. Ha escalado el Everest con
éxito. “Beber ese café fue lo primero que logró hacer por sí sola en 15 años
sin tener que depender de otras personas”, explica el profesor John Donoghue a El
País Semanal. “Ella se quedó impactada, y para todos nosotros fue una
especie de shock emocional comprobar cómo Cathy lograba de nuevo
interactuar con el mundo”.
Donoghue es un neurocientífico de la
Universidad de Brown en Rhode Island (EE UU), cuyo laboratorio explora la
manera de conectar el cerebro humano a una máquina. Es la única esperanza que
queda a personas como Cathy. El bloqueo de un vaso dejó sin riego su tallo
cerebral, la parte del sistema nervioso que conecta el cerebro con el resto del
cuerpo. Y ella quedó aprisionada en él. Ahora esa conexión se ha restablecido
gracias a un minúsculo sensor, que tiene el tamaño de un caramelo M&M,
implantado en una zona específica de la superficie de su corteza cerebral,
debajo del cráneo. El sensor lleva unos diminutos electrodos que se hincan
apenas un milímetro, y que recogen los susurros de un grupo de neuronas que
planifican y ejecutan los movimientos de los brazos. Observando cómo los
investigadores movían el brazo robótico, Cathy imaginó que lo controlaba. Los
electrodos recogieron las señales y las enviaron por cable a un ordenador. Un
programa las descodificó y tradujo en instrucciones que la mano robótica podía
entender. De esta forma, enchufada a un cable y a través de una máquina, la
mujer aprendió a controlar el brazo y la mano artificiales con solo pensarlo.
Ella lleva un enchufe en la cabeza. En cada sesión, que tiene lugar en el
laboratorio de Donoghue, tiene que enchufarse, literalmente, a la electrónica.
El otro participante
es un hombre que quedó parapléjico tres años atrás, y que probó el mismo
sistema. Con su cabeza unida a un ordenador por un cable, aprendió primero a
mover un cursor en la pantalla con el pensamiento. Posteriormente logró
controlar una mano mecánica cuya misión consistía en agarrar unas bolas unidas
a unos bastones que se elevaban y contraían sobre una mesa. El hombre lo logró
cinco meses después de la operación quirúrgica.
La investigación de Donoghue,
publicada recientemente en la revista Nature, abre la puerta al poder del pensamiento
humano sobre los objetos. Hace solo unos años, el equipo de Miguel
Nicolelis, de la Universidad de Durham en Carolina del Norte (EE UU),
rompió moldes con un experimento que podría calificarse como el de las ratas
sedientas. Nicolelis entrenó a los animales para que usaran su poder
mental y manejasen un brazo mecánico que les daba de beber. Al principio,
tenían que apretar con sus garras una palanca. Un brazo robótico les acercaba
una pajita por la que podían sorber el líquido de un recipiente. Los
investigadores implantaron posteriormente un dispositivo en sus cerebros que
recogía las señales de las neuronas y las transmitían a un ordenador mediante
un cable. Los animales aprendieron así a pensar que empujaban la palanca sin
tener que hacerlo. El brazo robot descendía y les daba de beber.
Los dispositivos de interfaz
cerebro-máquina ya están funcionando en voluntarios que sufrieron una lesión
medular. Muestran un camino hacia la recuperación de la libertad que perdieron.
Una vía abierta a la esperanza para mucha gente. (En España hay unos 20.000
lesionados; en EE UU, unos 300.000). La tecnología todavía no ha salido del
laboratorio; el paciente tiene que enchufarse al sistema y seguir un
entrenamiento, y la destreza lograda con el brazo robot es limitada, por no
decir rudimentaria. Se puede tardar semanas o meses en agarrar una bola en el
espacio, o en acercar un recipiente para beber. Pero una vez que se aprende,
realizar la acción es casi inmediato. Es un camino aún largo. Pero posible.
El caso de Cathy es
único. Ella lleva el electrodo implantado desde hace cinco años, todo un
récord. Los científicos han observado que los dispositivos se estropean a los
pocos meses o años, ya que el cerebro termina por rechazarlos. Donoghue señala
que no se pueden sacar conclusiones a partir de un solo enfermo. Es cauteloso a
pesar de la resonancia de los resultados de su equipo, que ocupó la primera
página de periódicos de todo el mundo el pasado mayo. El éxito de Cathy –que
seguramente tiene mucho que ver con su voluntad férrea para superar lo
insuperable– les ha animado a seguir avanzando. El cerebro humano no deja de
intrigarle. “Estoy muy sorprendido. El trabajo realizado en mi laboratorio,
sobre todo en ratas y monos, sugiere que cuando ocurre una lesión nerviosa, el
cerebro se reorganiza de una forma muy rápida. Pero en casos así, donde la
desconexión del cerebro del cuerpo es completa, lo que hemos visto es que esta
parte del cerebro sigue funcionando, como si siguiera controlando el brazo.
Hemos investigado lo que sucede en siete pacientes. Dos de ellos tenían una
lesión medular, otros tres padecían esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y
otros dos habían sufrido un infarto cerebral. Y en cada uno de ellos lo que
hemos encontrado es que cuando piensan que están moviendo un brazo, su cerebro
se enciende, y en concreto, la misma parte que controla el movimiento del
brazo”.
El cerebro distribuye sus órdenes y
crea mapas. Si usted levanta su mano izquierda y la coloca encima de su cabeza,
extendiendo los dedos sobre la parte derecha, estará cubriendo la zona de su
corteza cerebral que se encarga casi exclusivamente de ejecutar el movimiento,
nos dice este experto. Pero otras zonas se encargan antes de planificarlo.
Desde hace tiempo, los investigadores saben que la corteza cerebral es parecida
a un mapa geográfico. En vez de dibujar las fronteras de los países, el mapa
cerebral asigna zonas específicas para el control de partes del cuerpo. La
boca, el pene, los labios, las manos, las cejas, la lengua… Todo está
representado en esta geografía neuronal. Las experiencias previas con estos
pacientes con los electrodos implantados y a los que se les pide que muevan con
la mente el cursor en una pantalla de ordenador sugieren que, en todos ellos,
el punto donde se insertan los diminutos electrodos parece ser el mismo: se
ilumina cuando ellos imaginan que pueden mover sus brazos paralizados. Si esto
se generalizase, significaría que los cerebros de muchos parapléjicos son mucho
más plásticos de lo que se pensaba. Construyen y envían las órdenes para
ejecutar movimientos pese a que fueron desconectados de sus cuerpos hace años.
El espíritu de este tipo
de investigaciones tiene un mantra: convertir el pensamiento en
acción, nos explica José Carmena, un neurocientífico español que tiene su
laboratorio en la Universidad de California en Berkeley. El sueño se está
convirtiendo en realidad, si bien los primeros dispositivos cerebro-máquina son
limitados. Habrá que esperar a las siguientes generaciones hasta que algún día
colmen el vacío de las vidas de aquellos que perdieron la libertad de moverse
por sí mismos. Carmena es optimista al respecto. “Piense en los primeros
marcapasos. Eran enormes y salían cables de ellos. Ahora son pequeños y se
implantan sin problemas en cualquier hospital”.
Uno de los hallazgos más
sobresalientes que se desprenden de la investigación de este español radica en
la plasticidad del cerebro para formar nuevos mapas. Cuando de niños aprendimos
a mantener el equilibrio y pedalear en una bicicleta, nuestro cerebro lo
memorizó. Por ello nos familiarizamos con la bicicleta aunque hayan
transcurrido muchos años desde la última vez. Carmena cree que, de la misma
manera que aprendemos a manejar una raqueta de tenis, o a no caernos con los
esquíes, el cerebro es capaz de asignar nuevos circuitos neuronales para
controlar un brazo robótico o una prótesis, que no tienen que ser los mismos
circuitos que manejan los brazos y las piernas. El cerebro podría incorporar a
sus mapas cerebrales la representación y el manejo de un artefacto robótico y
reconocerlo como si formara parte de tu cuerpo. Sería la extensión perfecta de
la voluntad humana plasmada en el control exquisito de la máquina. De momento,
en sus experimentos con macacos, los animales tienen implantados
microelectrodos en sus cortezas cerebrales motoras. Aprenden a mover un cursor
con el pensamiento, desplazándolo por la pantalla de un ordenador hasta un
punto, tras lo cual reciben un zumo como recompensa. Los animales lo lograron
en una semana. Sus cerebros desarrollaron un nuevo mapa para controlar una
parte artificial que no formaba parte de su cuerpo.
Carmena trabajó como
investigador posdoctoral en el laboratorio de Miguel Nicolelis, un científico
brasileño pionero que quiere sorprender al mundo en la inauguración del próximo
Mundial de fútbol, que se celebrará en su país en 2014. Nicolelis está
trabajando en la construcción de un exoesqueleto que obedezca las órdenes
mentales de un tetrapléjico, y que le permita caminar por un campo de fútbol
para inaugurar los mundiales. Con una diferencia sustancial: el cerebro también
tiene que recibir impresiones y sentir el exoesqueleto como si fuera
una parte más de su cuerpo. De momento, este investigador ha demostrado que es
factible enviar información sensible al cerebro de un macaco, mediante
filamentos que son más finos que un cabello. El animal puede decidir, entre
tres círculos que tienen un aspecto idéntico, si uno de ellos tiene una textura
más rugosa o más lisa. Pero no son sus dedos quienes le informan, sino las
sensaciones traídas por esos finísimos electrodos.
El brazo de Luke, en
referencia a la mano artificial que Luke Skywalker se coloca en el filme El
imperio contraataca, existe. Se trata de una prótesis desarrollada por el
investigador Dean Kamen y probada por Chuk Hildreth, que, 30 años atrás, perdió
los dos brazos al electrocutarse mientras pintaba una subestación eléctrica.
Hildreth ha probado el brazo de Luke y es capaz de sentirlo.
Se ha convertido en un hombre biónico.
El control de un brazo humano depende
de unas 70.000 fibras que parten de la zona superior de la médula espinal. Esas
fibras nerviosas discurren por los hombros hasta el axila, y de allí saltan al
brazo. En el caso de Hildreth, un neurocirujano reconectó sus fibras a los
músculos pectorales e implantó en ellos una serie de electrodos. Cuando
Hildreth piensa en mover el brazo de metal, los músculos de su pecho se
contraen. Los electrodos registran la señal y la envían a los motores de la
prótesis. Hildreth también tiene bajo la piel un motor del tamaño de una
chocolatina capaz de vibrar. El motor está conectado mediante un
microprocesador a un sensor en la palma de su mano artificial. Cuando Hildreth
coge un vaso de papel con delicadeza para no estrujarlo, el sensor vibra
ligeramente, y la sensación que le llega a su brazo amputado es de ligereza. Si
tiene que sostener un pesado taladro, la vibración es mucho mayor, por lo que
Hildreth agarra el taladro con más fuerza para que no se le caiga. Este antiguo
pintor controla los mandos del brazo de Luke con una serie de mandos
tipo joystick instalados en sus zapatos, y los maneja con los dedos de
los pies. “Puedo hacer cosas que me resultaron imposibles durante 26 años”,
manifestó Hildreth a la publicación especializada IEEE Spectrum.
“Como pelar un plátano sin hacerlo puré”. El brazo es el fruto de la compañía
Deka Research and Development y su desarrollo costó más de 18 millones de
dólares.
Rob Summers es otro caso
excepcional. Quedó parapléjico cuando, a los 25 años, un coche le embistió y se
dio a la fuga en el verano de 2006. Tenía por delante una prometedora carrera
deportiva como jugador de béisbol. Le dijeron que jamás podría volver a andar
ni mantenerse de pie. La ruta nerviosa que conectaba su cerebro con las piernas
había quedado rota.
A pesar de ello, un estimulador
eléctrico implantado en su médula le ha permitido, con entrenamiento, el
milagro de sostenerse de pie durante algunos minutos, e incluso dar pasos en
una cinta para correr. Summers se convirtió en el primer parapléjico que fue
capaz de moverse por sí solo con la ayuda de la estimulación. El equipo de
investigadores, liderado por Reggie Edgerton, neurocientífico de la Universidad
de California en Los Ángeles (UCLA), publicó los resultados en la revista The Lancet.
“Gracias a los experimentos con animales, sabemos que la médula espinal
contiene una serie de sofisticados circuitos que realmente la hacen
inteligente, hasta el punto de que puede aprender una función motora si se la
enseña, y esto sucede incluso ante la total ausencia de señales del cerebro”,
comentó Edgerton en un entrevista realizada por la UCLA. La médula espinal, por
tanto, es inteligente y puede aprender por sí sola a estimular las piernas y
recibir sus sensaciones. En opinión de Susan Harkema, neurocientífica de la
Universidad de Louisville (EE UU), los nervios de la médula pueden hacer lo
mismo que el cerebro. Pero el caso de Summers no puede generalizarse, advierte
Edgerton. Su lesión medular, aunque muy severa, no fue completa. Eso quiere
decir que en sus piernas retenía algo de sensibilidad, cosa que no sucede con
las lesiones medulares radicales. Pero el hecho de ponerse de pie durante unos
minutos es muy importante para una persona que no ha podido hacerlo en años.
La fusión entre el cerebro y la
máquina, con intercambio mutuo de información, ya ha comenzado, pero queda
mucho por hacer. Los dispositivos de interfaz que conectan a los enfermos
mediante un cable y un enchufe a la electrónica aún no han salido del
laboratorio. Donoghue quiere lograr interfaces inalámbricos. “No queremos que
el enfermo tenga un enchufe en la cabeza. Piense en los teléfonos
tradicionales. Cuando salieron, estaban fijados a la pared con un cable, al
igual que el auricular con el teléfono. Estamos ahora en esa etapa, pero
queremos pasar a la siguiente, para convertir estos sistemas en algo totalmente
inalámbrico, sin cables, para que la gente se mueva adonde quiera, y siempre lo
lleven consigo”.
Los dispositivos interfaz
tienen numerosas ventajas frente a otros sistemas no invasivos, como las
caperuzas de electrodos, los cuales han permitido el control de una silla de
ruedas o un cursor con un entrenamiento intensivo. Los primeros captan
directamente el susurro de las neuronas. La señal se magnifica y procesa
después en una computadora, y el análisis es cada vez más fino debido al avance
de la informática. Las caperuzas de goma de electrodos, en cambio, se colocan
con facilidad como un gorro, pero capturan mucho más ruido cerebral. “Imagine
que está viendo un partido de fútbol entre España e Italia desde un globo, y
desea saber cuáles son las instrucciones que les da el portero a los jugadores.
Con la caperuza de electrodos, lo único que captaría es el rumor, las
reacciones del público. Con nuestros dispositivos podría escuchar las
conversaciones individuales, lo que el entrenador les dice a los jugadores”,
explica Donoghue.
Los chips, sin embargo, no son aún
duraderos. El caso de Cathy Hutchinson es excepcional. “El reto es conseguir
que un dispositivo funcione durante décadas en la vida de una persona, que no
se degrade con el tiempo y en tres años deje de funcionar”, destaca Carmena. Se
trata de lograr implantes biocompatibles, que produzcan una señal clara y sin
cables. En pocas décadas, estos dispositivos permitirían a los discapacitados
controlar artefactos con el pensamiento de una manera natural. “No es
exactamente telepatía, pero piensas en algo y ese algo ocurre”, dice Donoghue.
En un plano especulativo, uno podría
pensar en un número de teléfono, el implante recogería la señal y la enviaría
de forma inalámbrica a un aparato que marca el número pensado. “Aún no tenemos
ni idea de cómo se representan los números en el cerebro. De momento, estamos
tratando de replicar los pensamientos sobre mover brazos en el cerebro, y eso
es ya todo un reto”.
Por su parte, el neurocientífico
español José Carmena está convencido de que estas investigaciones abanderan una
revolución sin precedentes. El sueño es lograr que algún día la mente humana
maneje un artefacto robótico de una forma natural con la misma destreza con la
que controla rutinariamente los movimientos de nuestro cuerpo. La tecnología no
está disponible aún en la clínica, pero llegará. Ahora ya es posible convertir
un pensamiento en acción. “Hace 10 años, esto era ciencia ficción”.
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