lunes, 11 de julio de 2011

NEUROPRÓTESIS

El futuro de las neuroprótesis vaticina un futuro en el que el control de ordenadores a través de ondas cerebrales permitirá caminar a los discapacitados y unir mentes en consciencias colectivas.



Durante tres decenios, casi cada vez que sus artículos científicos eran revisados, recibía recomendaciones de suprimir toda consideración especulativa sobre la posibilidad de conectar el cerebro a una máquina. Por regla general, los neurocientíficos encargados de la revisión no deseaban dar pábulo a sueños científicos más osados. Durante todo este tiempo, llegó a fantasear con el día en que le fuera posible rescatar todas esas ideas especulativas y exponerlas libremente a la consideración y valoración de los demás. Los últimos progresos en el laboratorio indican que ese momento ha llegado.

Mientras él se enfrentaba a la opinión ultraconservadora del mundo académico, algunos escritores y cineastas de ciencia ficción han especulado sobre el tema sin reparos y, en ocasiones, con excesivo deleite, gracias a la fecundidad de su imaginación. Tan solo en 2009, dos grandes producciones de Hollywood, Los sustitutos y Avatar, apelaban al estereotipo de científicos que controlan, lesionan , asesinan o conquistan a merced de la magia tecnológica. En estos largometrajes, las interfaces cerebro-ordenador permitían a los seres humanos vivir, amar o luchar por medio de trasuntos suyos. Sus avatares de cuerpo completo cargaban con la persona tarea de merodear por el universo y, en ocasiones, la de aniquilar a toda una raza extraterrestre en nombre de sus amos de carne y hueso.

Pero se ha de exponer una perspectiva diferente sobre la próxima era de las Máquinas. Después de trabajar y reflexionar durante largo tiempo sobre las consecuencias de los robots controlados mediante ondas cerebrales, denominados intervade cerebre-ordenador, el futuro no se antoja plagado de calamidades, sino rebosante de optimismo y expectativas entusiastas. Tal vez sea lo poco que podemos decir con certeza sobre ese futuro lo que nos incline a abrazar con tanta intensidad las asombrosas oportunidades que, para nuestra especie, supondría liberar a la mente de los límites del cuerpo. En vista de las impresionantes capacidades himanísticas que promete la investigación sobre las interfaces cerebro-ordenador, nos deberíamos preguntar cómo podría nadie pensar de otro modo.



Gracias a esta "liberación" del cerebro respecto a las restricciones físicas del cuerpo, los discapacitados podrán alzarse de sus sillas de ruedas. Pero hay más. Se avecina una era de redes neurosociales. Olvídese de Twitter y de los SMS. En ese futuro centrado en la mente, nuestro cerebro se comunicará de manera directa con el del compañero del despacho contiguo o con los de millones de seguidores a través de un nuevo medio, al que se denomina "red cerebral". Flickr pertenecerá al pasado. Las imágenes mentales de aquel hermoso amanecer o las del equipo de fútbol de su ciudad natal se transmitirá, por medio de ondas cerebrales de radiofrecuencia, a una memoria digital de varios petaoctetos.

¿QUÉ TRAJE NOS PONEMOS HOY?

Pero las ensoñaciones sobre la descarga o simulación de un cerebro completo en un ordenador nunca se harán realidad. La esencia de nuestra personalidad (lo que, por ejemplo, hace de Nelson Mandela un ser humano tan especial) nunca será transferible a una memoria informática. Sin embargo, experimentos realizados con roedores, simios y seres humanos han demostrado que es posible establecer una conexión directa entre máquina y cerebro. A partir de estos hallazgos, se pronostica un futuro apasionante.



A lo largo de las próximas dos décadas, las interfaces cerebro-ordenador, construidas a partir de una conexión bidireccional que afecta a regiones extensas del cerebro, quizá permitan a las víctimas de enfermedades neurológicas devastadoras recuperar sus capacidades. Es probable que las primeras interfaces comiencen a devolver la funcionalidad a quienes han perdido el oído, la vista, el tacto, la capacidad ambulatoria o el habla. Estas personas podrían incluso lograr la inimaginable proeza de conversar valiéndose tan solo de ondas cerebrales.

El consorcio internacional de investigación Walk Again Project ("camina de nuevo"), permite vislumbrar ese futuro. El proyecto fue concebido hace pocos años, después de que se demostrase la viabilidad de conectar tejido encefálico vivo a una variedad de instrumentos. Su propósito consiste en desarrollar e implantar la primera interfaz cerebro-ordenador que devuelva por completo la movilidad a pacientes con parálisis grave, ya sea esta consecuencia de lesiones en la médula espinal o de enfermedades neurodegenerativas.



A tal fin, se está diseñando y construyendo una neuroprótesis que permita a los discapacitados valerse de una interfaz cerebro-ordenador para controlar los movimientos de un exoesqueleto de cuerpo entero. Este robot-vestimenta dotará al paciente de un control voluntario de sus extremidades superiores e inferiores, sostendrá y transportará su cuerpo. Esta hazaña de neuroingeniería se basa en los principios neurofisiológicos que se han deducido  gracias a los experimentos con intefaces cerebro-ordenador en monos Rhesus y otros animales.



En estos experimentos, una mona llamada Aurora aprendió a transmitir mediante una intefaz dónde deseaba situar el cursor de un ordenador. Llegó a realizar esta tarea con tanta naturalidad y fluidez como si estuviera utilizando un joystick. Después, se llevó a cabo con éxito el mismo experimento en pacientes con enfermedad de Parkinson grave. Algo más tarde, otro de los monos del laboratorio, en la Universidad de Duke, transmitió por Internet señales cerebrales para controlar el movimiento de las piernas de un robot en Japón.

Ahora se ha comenzado a trabajar en el sentido inverso, a fin de transmitir señales a la corteza cerebral de un mono. Se ha logrado que el animal sepa que una golosina, una bolita de comida, se encuentra en determinada caja y no en otra. Un proyecto futuro permitirá que un mono le comunique a otro la ubicación del alimento. Las neuroprótesis de nueva generación exigirán una comunicación bidireccional, tanto hacia el mundo exterior como recibida desde él. El cerebro del usuario tendrá que instruir a su pie biónico para que se eleve hasta el siguiente peldaño de una escalera, pero también habrá de recibir la información de que la prótesis ha tomado contacto con una superficie dura antes de enviar la orden de alzar el otro pie.



Una vez implantadas las conexiones de entrada y salida de señales con el mundo exterior, nos hallaremos en los umbrales de un futuro biónico. Las interfaces cerebrales se unirán a las extremidades robóticas más avanzadas del momento. Brazos y piernas robóticos se acoplarán, como bloques de Lego, a un torso biosintético. Este traje robótico, o exoesqueleto, se ajustará con suavidad al cuerpo de sus portador y mantendrá una conexión directa con su corteza cerebral, "el centro de mando" del cerebro.

Para construir un exoesqueleto dotado de una interfaz cerebro-ordenador necesitaremos técnicas más avanzadas que las actuales. Hará falta una nueva generación de microelectrodos de alta densidad, que puedan implantarse sin riesgo en el cerebro y que efectúen registros fiables y duraderos de la actividad eléctrica de decenas de miles de neuronas repartidas en múltiples regiones cerebrales. De hecho, para que una interfaz resulte asequible y práctica desde un punto de vista médico, los registros a gran escala de la actividad cerebral deberían mantenerse estables, sin necesidad de intervenciones quirúrgicas, durante al menos un decenio.

También se implantarán de manera permanente neurochips específicos para cada individuo, a fin de que procesen las pautas eléctricas del cerebro y las convierta en señales aptas para controlar el exoesqueleto. Para reducir el riesgo de infecciones y lesiones en la corteza cerebral, los neurochips deberán incorporar técnicas inalámbricas multicanal de baja potencia. Se transmitirá la información generada por miles de neuronas a una unidad de procesamiento, integrada en la indumentaria y del tamaño de un teléfono móvil. Esa unidad ejecutará simulaciones del funcionamiento interno del cerebro y optimizará la extracción inmediata de las señales cerebrales que desencadenan el movimiento.

Las poblaciones  de neuronas que habrá que muestrear para alimentar la interfaz cerebro-ordenador pertenecerán a diversas regiones del cerebro. A partir de las señales sin procesar que se originan en las zonas responsables de las funciones motrices, se elaborará una señal digital que activará los elementos móviles de las articulaciones del esqueleto robótico. Otras señales neuronales interactuarán con el esqueleto para emular las funciones de la médula espinal. Ello permitirá al paciente dar un paso después de otro, avanzar con rapidez o lentitud, inclinarse hacia delante o subir unas escaleras. Mientras tanto, cerebro y máquina continuarán intercambiando información. Estas técnicas generarán una interacción continua entre las señales cerebrales y los reflejos robóticos.



También cabe imaginar sensores de fuerza y de elongación repartidos por todo el exoesqueleto. Estos generarían un flujo continuo de señales de retroalimentación para lograr tacto y propiocepción (la percepción de la posición del traje) artificiales, que mantengan al tanto al cerebro del paciente. Microestimuladores eléctricos enviarían las señales a la corteza. Otra posibilidad consiste en emplear señales ópticas que activen canales iónicos fotosensibles implantados en la corteza cerebral. Sobre la base de los experimentos con interfaces en monos, se confía en que algunas semanas de entrenamiento basten para que el cerebro del paciente llegue a integrar el exoesqueleto como una extensión auténtica de la imagen corporal de su persona. A partir de ese momento, el paciente podrá utilizar el exoesqueleto controlado mediante la interfaz para moverse con libertad y autonomía por el mundo.

APLICACIONES NEURONALES

Si se llegase a controlar todo tipo de ordenadores mediante las señales elécricas del cerebro, ¿qué ocurriría pasados unos decenios? Ya se tratase de minutos ordenadores personales sobre el cuerpo (o quizás en su interior) o de redes repartidas por lugares remotos con el objetivo de mediar nuestras relaciones sociales digitalizadas, la vida cotidiana sería muy distinta de la que conocemos.



En primer lugar, la interacción con el sistema operativo y los programas de nuestros ordenadores personales se convertiría en una aventura corporal: nuestra actividad cerebral serviría para asir objetos virtuales, activar programas, escribir informes y, sobre todo, para comunicarnos con total libertad con otros miembros de nuestra red cerebral favorita, una versión notablemente mejorada de las redes sociales actuales. El hecho de que Intel, Google y Microsoft ya hayan creado sus propias divisiones de investigación de interfaces cerebro-ordenador muestra que la idea no es descabellada. El principal obstáculo estriba en el desarrollo de un método no invasivo para el muestreo de la actividad cerebral. Se confía en que una solución aparecerá de aquí a veinte años.

Llegado ese momento, lo que hoy se nos antoja impensable se convertirá en rutina. Los nuevos "humanos aumentados" harán sentir su presencia en una variedad de ambientes remotos por medio de sus avatares y de instrumentos controlados por el pensamiento. Desde las profundidades oceánicas hasta los confines de las supernovas o las diminutas hendiduras entre las células de nuestro cuerpo, por fin el alcance del ser humano igualará la voraz ambición de exploración de lo desconocido tan propia de nuestra especie. Es en este contexto donde se ve a nuestro cerebro completar el viaje que comenzó en el obsoleto cuerpo que habita desde hace millones de años. Gracias a las interfaces bidireccionales gobernadas por el pensamiento, manejaremos una miríada de nanoinstrumentos que serán nuestros nuevos ojos, oídos y manos en la infinidad de mundos diminutos que la naturaleza ha creado.

En la escala de lo muy grande, es probable que podamos controlar a distancia a enviados y representantes virtuales, robots y aeronaves de las más variadas formas y tamaños. A nuestro servicio, explorarán otros planetas y estrellas en rincones remotos del universo, y pondrán al alcance de nuestros dedos mentales nuevas tierras y paisajes extraños y desconcertantes.

A cada paso, se continuará asimilando como nuevas extensiones de nuestro yo los útiles que nuestros descendientes vayan creando  para estos viajes de la mente. Ello definirá una visión del mundo y una forma de interacturar con él que trascenderá con mucho todo cuanto podamos imaginar hoy. La idea da mucho júbilo y sobrecogimiento; sin duda, semejante a la profunda emoción que debió experimentar aquel marino protugués que, hace 500 años, tras un viaje largo y arriesgado, se halló frente a las costas delumbrantes y arenosas de un nuevo mundo.

¿Seria posible que una liberación tan completa del cerebro nos permitiera difuminar, o eliminar incluso, las fronteras corporales otrora inexpugnables que definen la individualidad del ser humano? ¿Acaso llegará el día en que, en un futuro lejano, nos integremos en una red de cerebros conscientes, en una auténtica red cerebral que piense de forma colectiva? Suponiendo que tal red se hiciese realidad, ¿podría el cerebro de cada participante no solo comunicarse con el resto mediante el pensamiento, sino también experimentar lo que sienten y perciben los demás miembros de esta verdadera "fusión de mentes"? Muy pocos osarían en la actualidad aventurarse en esas aguas desconocidas, pero es imposible saber cómo reaccionarían las generaciones venideras en caso de prentárseles la oportunidad.

Aceptamos que todos estos increibles supuestos podrían hacerse realidad. Y demos por sentado que semejante fusión mental colectiva podría acabar admitiéndose, por parte de las generaciones futuras, como un medio ético para relacionarse y compartir su humanidad. ¿Podrían nuestros descendientes despertarse una mañana y percatarse de que han engendrado plácidamente una especie humana totalmente distinta? No resulta inconcebible que nuestra progenie llegue un día a dominar las técnicas y la ética necesarias para establecer una red cerebral funcional, un medio a través del cual miles de millones de seres establezcan, por consenso, contacto con sus semejantes únicamente a través del pensamiento.

A día de hoy, no se puede visualizar el aspecto ni los sentimientos que experimentará un coloso semejante de consciencia colectiva. Tal vez, sin que se sospeche, ofrezca la experiencia de la percepción definitiva: el descubrimiento de que ninguno de nosotros se encuentra solo, de que nuestros más íntimos pensamientos, experiencias, angustias, pasiones y deseos -esa sustancia primordial que nos define como humanos- pueden ser compartidos por miles de millones de hermanos.

Apenas se requiere un pequeño salto de la imaginación para pensar que, inmersa en su recién adquirida sabiduría, nuestra progenie quizá se decida cruzar otro Rubicón en la historia de la especie y se esfuerce en documentar, en favor de las generaciones futuras y de la prosperidad del cosmos, la riqueza y la diversidad del legado humano. Para recopilar tan inestimable tesoro, se debería preservar la irremplazable narrativa que se formula, en primera persona, en cada una de nuestras vidas. Para ello, habría que transferir a un medio de almacenamiento digital la memoria de cada individuo. Tal proceder pondría a salvo el relato único que constituye nuestra existencia mortal; uno que, tras una breve permanencia en la propia mente, en un derroche insólito de la naturaleza se pierde irremisiblemente al concluir nuestra vida.

Mientras dure mi carrera profesional, espero que soñar tan a lo grande ayude a hacer realidad esta visión: una trayectoria que va desde el control mental de ordenadores, ya posible, a la confección de exoesqueletos y, quizás , al envío de mensajes cerebrales.


Autor: Miguel A. L. Nicolelis. Titular de la cátedra Anne W. Deane de neurociencias en la Universidad de Duke y fundador del Centro de Neuroingeniería en dicha universidad.

Bibliografía:
  • Control cerebral de robots. Miguel A. L. Nicolelis y John K. Chapin en Investigación y Ciencia, diciembre de 2002.
  • En busca del código neural. Miguel A. L. Nicolelis y Sidarts Ribeiro en Investigación y Ciencia, febrero de 2007. 
  • El cerebro, hoy. Temas de Investigación y Ciencia nº 57, 2009.    

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