Investigadores logran avance en la tecnología de interfaz cerebro-ordenador

BrainGate los investigadores han hecho recientemente un importante avance en el área de las interfaces cerebro-ordenador (BCIs) después de que los participantes en la prueba clínica con tetraplejia demostraran el uso de una interfaz cerebro-ordenador inalámbrica intracortical con un transmisor inalámbrico externo. Fue la primera vez que se utilizó un sistema de este tipo y es capaz de transmitir señales de cerebro con una resolución de neurona única. 

La investigación se publicó en IEEE Transactions on Biomedical Engineering el mes pasado. 

El sistema también transmite en fidelidad de banda ancha completa y no necesita conectar físicamente al usuario a un sistema de decodificación. En lugar de los cables tradicionales, el sistema se basa en un transmisor de 2 pulgadas que pesa solo un poco más de 1,5 onzas. Esta unidad se coloca en la parte superior de la cabeza del usuario y se conecta a una matriz de electrodos que está en la corteza motora del cerebro, y lo hace a través del mismo puerto que los sistemas cableados. 

El estudio involucró a dos participantes en la prueba clínica que tienen parálisis, y utilizaron el sistema BrainGate con un transmisor inalámbrico. A través del transmisor inalámbrico, pudieron señalar, hacer clic y escribir en una tableta estándar. 

El estudio demostró que el sistema inalámbrico es capaz de transmitir señales con la misma fidelidad que los sistemas cableados.

John Simeral es profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Brown. Es el autor principal del estudio y miembro del consorcio de investigación BrainGate. 

“Hemos demostrado que este sistema inalámbrico es funcionalmente equivalente a los sistemas cableados que han sido el estándar de oro en el rendimiento de BCI durante años”, dijo Simeral. “Las señales se graban y transmiten con una fidelidad apropiadamente similar, lo que significa que podemos usar los mismos algoritmos de decodificación que usamos con equipo cableado. La única diferencia es que las personas ya no necesitan estar físicamente conectadas a nuestro equipo, lo que abre nuevas posibilidades en cuanto a cómo se puede utilizar el sistema”.

Según los investigadores, el nuevo avance nos acerca a un sistema intracortical completamente implantable que puede proporcionar a las personas lesionadas la capacidad de moverse nuevamente. El nuevo desarrollo es el primer dispositivo que transmite el espectro completo de señales grabadas por un sensor intracortical. 

Los resultados del estudio

La prueba involucró a un hombre de 35 años y a un hombre de 63 años que ambos sufren de lesiones en la médula espinal. Podían usar el sistema en casa en lugar de en el laboratorio debido a la falta de cables, y también podían usarlo durante hasta 24 horas. Este largo período de tiempo permitió a los investigadores recopilar datos de larga duración. 

Leigh Hochberg es profesor de ingeniería en Brown y investigador en el Instituto de Ciencia del Cerebro Carney de Brown. Hochberg dirigió la prueba clínica BrainGate. 

“Queremos entender cómo evolucionan las señales neuronales con el tiempo”, dijo Hochberg. “Con este sistema, podemos observar la actividad cerebral, en casa, durante largos períodos de una manera que era casi imposible antes. Esto nos ayudará a diseñar algoritmos de decodificación que proporcionen la restauración sin problemas, intuitiva y confiable de la comunicación y la movilidad para las personas con parálisis”.

Consorcio BrainGate 

El consorcio BrainGate es un grupo interdisciplinario de investigadores de las universidades de Brown, Stanford y Case Western Reserve. También involucra a personas del Centro Médico de Veteranos de Providence y del Hospital General de Massachusetts. 

El equipo publicó una investigación en 2012 que demostró cómo los participantes en la prueba clínica podían operar prótesis robóticas multidimensionales utilizando una BCI por primera vez. Desde entonces, el grupo ha refinado continuamente el sistema y logrado nuevos avances. 

Sharlene Flesher es coautora y exbecaria postdoctoral en Stanford. Flesher ahora trabaja como ingeniera de hardware en Apple. 

“La evolución de las BCI intracorticales desde requerir un cable hasta utilizar un transmisor inalámbrico en miniatura es un paso importante hacia el uso funcional de interfaces neuronales de alto rendimiento completamente implantables”, dijo Flesher. “A medida que el campo se dirige hacia la reducción de la banda ancha transmitida mientras se preserva la precisión del control del dispositivo de asistencia, este estudio puede ser uno de los pocos que capturen la amplitud completa de las señales corticales durante períodos prolongados, incluyendo durante el uso práctico de la BCI”. 

El equipo BrainGate ha podido continuar trabajando a través de la pandemia de COVID-19 desde que el dispositivo es inalámbrico y se puede utilizar en casa sin un técnico. 

Hochberg también es neurólogo de cuidados críticos en el Hospital General de Massachusetts y director del Centro de Investigación y Desarrollo de Rehabilitación del V.A. para Neurorestauración y Neurotecnología. 

“En marzo de 2020, quedó claro que no podríamos visitar los hogares de los participantes en nuestra investigación”, dijo Hochberg. “Pero al capacitar a los cuidadores para que establezcan la conexión inalámbrica, un participante en la prueba pudo usar la BCI sin que los miembros de nuestro equipo estuvieran físicamente presentes. Así que no solo pudimos continuar nuestra investigación, sino que esta tecnología nos permitió continuar con la banda ancha y la fidelidad completas que teníamos antes”.

Según Simeral, “Varias empresas han entrado maravillosamente en el campo de la BCI, y algunas ya han demostrado el uso humano de sistemas inalámbricos de baja banda ancha, incluyendo algunos que están completamente implantados. En este informe, estamos emocionados de haber utilizado un sistema inalámbrico de alta banda ancha que avanza las capacidades científicas y clínicas para futuros sistemas”.