Es decir, el nuevo dispositivo sería capaz de leer los pensamientos de aquellas personas que no pueden hablar debido a trastornos neurológicos para recuperar la capacidad de comunicarse a través de una interfaz cerebro-computadora.

Los resultados de la investigación fueron publicados este 6 de noviembre en la revista científica Nature Communications. De acuerdo con Gregory Cogan, Ph.D, de neurología en la Facultad de Medicina, hay muchos pacientes que sufren trastornos motores debilitantes, como ELA (esclerosis lateral amiotrófica) o síndrome de enclaustramiento, que pueden afectar su capacidad para hablar, ante esto actualmente existen algunas herramientas que ayudan a comunicar, sin embargo generalmente son muy lentas y engorrosas.

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Los científicos explican que esto es como escuchar un audiolibro a media velocidad. Esa es la mejor velocidad de decodificación de voz disponible actualmente, que alcanza aproximadamente 78 palabras por minuto . Sin embargo, la gente habla alrededor de 150 palabras por minuto.

El retraso entre las velocidades del habla hablada y decodificada se debe en parte a los relativamente pocos sensores de actividad cerebral que pueden fusionarse en una pieza de material delgada como un papel que se encuentra sobre la superficie del cerebro. Menos sensores proporcionan información menos descifrable para decodificar.

Ante este panorama Cogan se asoció con Jonathan Viventi, Ph.D., miembro de la facultad del Instituto Duke de Ciencias del Cerebro, cuyo laboratorio de ingeniería biomédica se especializa en fabricar sensores cerebrales de alta densidad, ultrafinos y flexibles.

Para este proyecto, Viventi y su equipo empaquetaron la impresionante cantidad de 256 sensores cerebrales microscópicos en una pieza de plástico flexible de grado médico del tamaño de un sello postal.

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Las neuronas que están a sólo un grano de arena de distancia pueden tener patrones de actividad tremendamente diferentes al coordinar el habla, por lo que es necesario distinguir las señales de las células cerebrales vecinas para ayudar a hacer predicciones precisas sobre el habla prevista.

Después de fabricar el nuevo implante, reclutaron a cuatro pacientes para probar los implantes. El experimento requirió que los investigadores colocaran el dispositivo temporalmente en pacientes que se sometían a una cirugía cerebral por alguna otra afección, como el tratamiento de la enfermedad de Parkinson o la extirpación de un tumor.

La tarea consistía en una simple actividad de escuchar y repetir. Los participantes escucharon una serie de palabras sin sentido, como “ava”, “kug” o “vip”, y luego pronunciaron cada una de ellas en voz alta.

El dispositivo registró la actividad de la corteza motora del habla de cada paciente mientras coordinaba casi 100 músculos que mueven los labios, la lengua, la mandíbula y la laringe.

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Luego tomaron los datos neuronales y del habla de la sala de cirugía y los introdujo en un algoritmo de aprendizaje automático para ver con qué precisión podía predecir qué sonido se estaba emitiendo realizado, basándose únicamente en los registros de la actividad cerebral.

Para algunos sonidos y participantes, como /g/ en la palabra “gak”, el decodificador acertó el 84% de las veces cuando era el primer sonido de una cadena de tres que formaba una palabra sin sentido determinada.

Sin embargo, la precisión disminuyó cuando el decodificador analizó los sonidos en el medio o al final de una palabra sin sentido. También tuvo problemas si dos sonidos eran similares, como /p/ y /b/.

En general, el decodificador fue preciso el 40% del tiempo. Puede parecer una puntuación de prueba humilde, pero fue bastante impresionante dado que proezas técnicas similares del cerebro al habla requieren horas o días de datos para extraerlos. Sin embargo, el algoritmo de decodificación de voz que utilizó Duraivel funcionó con sólo 90 segundos de datos hablados de la prueba de 15 minutos.

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Duraivel y sus mentores están entusiasmados con la idea de fabricar una versión inalámbrica del dispositivo con una reciente subvención de 2,4 millones de dólares de los Institutos Nacionales de Salud.

“Ahora estamos desarrollando el mismo tipo de dispositivos de grabación, pero sin cables”, dijo Cogan. “Podrías moverte y no tendrías que estar atado a un tomacorriente, lo cual es realmente emocionante”.

Hace más de 20 años, Karin, sufre mucho dolor en el miembro fantasma, consecuencia de una amputación durante un accidente de granja. “Tenía la sensación de tener constantemente la mano en una picadora de carne, lo que me generaba un alto nivel de estrés y me obligaba a tomar altas dosis de analgésicos”, manifiesta.

Pero gracias a este este innovador brazo biónico y robótico que se fusiona con el esqueleto y los nervios, ha mostrado mejoras notables. Su nivel de dolor se ha reducido y según ella, le ha cambiado la vida.

La prótesis utiliza una tecnología que fusiona el brazo con el cuerpo del usuario y lo conecta con el sistema nervioso mediante electrodos implantados en nervios y músculos.

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A muchas personas les cuesta adaptarse a las prótesis convencionales, ya que la fijación mecánica y el control fiable de las extremidades son dos de los principales retos de la sustitución artificial de extremidades.

Este fue el caso de Karin durante muchos años, ya que las prótesis convencionales le resultaban incómodas y poco fiables. Sin embargo, todo cambió cuando se convirtió en la primera persona con una amputación por debajo del codo en recibir el nuevo tipo de mano biónica.

Está instalada con “un enfoque quirúrgico y de ingeniería integrado”, según el profesor Max Ortiz Catalán, jefe de investigación en prótesis neurales del Instituto de Biónica de Australia y fundador del Centro de Investigación en Biónica y Dolor (CBPR) de Suecia, quien dirigió la investigación.

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“Para mí, esta investigación ha significado mucho, ya que me ha dado una vida mejor, mejor control sobre mi prótesis, pero sobre todo, mi dolor ha disminuido. Hoy necesito mucha menos medicación”, afirma la paciente.
Esta transformación en la vida de Karin es el resultado de una técnica única que básicamente fusiona el cuerpo del usuario con el brazo biónico mediante osteointegración, es decir, cuando un implante es aceptado por el hueso como parte de él, en lugar de como un objeto extraño. El implante actúa como anclaje permanente de la prótesis, que puede fijarse y retirarse fácilmente.

Un equipo de ingenieros y cirujanos dirigido por Catalán desarrolló la interfaz hombre-máquina, que también permite la conexión eléctrica con el sistema nervioso del usuario mediante electrodos implantados en determinados nervios y músculos.

“Karin fue la primera persona con amputación por debajo del codo que recibió este nuevo concepto de mano biónica altamente integrada que puede utilizarse de forma independiente y fiable en la vida diaria”, argumenta Catalán.
“El hecho de que haya podido utilizar su prótesis con comodidad y eficacia en sus actividades cotidianas durante años es un testimonio prometedor de la capacidad potencial de esta novedosa tecnología para cambiar la vida de las personas que se enfrentan a la pérdida de una extremidad”.

Catalán añadió que el “enfoque quirúrgico y de ingeniería integrado” también ayudó a reducir el nivel de dolor de Karin, ya que ahora utiliza muchos de los mismos recursos neuronales para controlar la prótesis que utilizaba con su brazo biológico.

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“La integración biológica de los implantes de titanio en el tejido óseo crea oportunidades para seguir avanzando en la atención a los amputados”, explicó el profesor Rickard Brånemark, investigador afiliado del MIT, profesor asociado de la Universidad de Gotemburgo y consejero delegado de Integrum, que dirigió la intervención quirúrgica y ha trabajado en la osteointegración de prótesis de extremidades desde que se utilizaron por primera vez en humanos.

“Combinando la osteointegración con la cirugía reconstructiva, los electrodos implantados y la IA, podemos restaurar la función humana de una forma sin precedentes”. El nivel de amputación por debajo del codo presenta retos particulares, y el nivel de funcionalidad alcanzado marca un hito importante para el campo de las reconstrucciones avanzadas de extremidades en su conjunto”.

La mano biónica ha sido desarrollada por la empresa italiana de robótica Prensilia y se llama Mia Hand. Incorpora componentes motores y sensoriales únicos que permiten al usuario realizar alrededor del 80% de las actividades de la vida diaria.

Imagen: Viorel Kurnosov

Cómo funciona este brazo robotico

Aunque la idea de utilizar un tercer brazo te puede parecer descabellada o innecesaria, recuerda que no sólo pretende ser usada en actividades multitarea sino también para personas en condiciones de discapacidad.

A su vez, el funcionamiento de esta prótesis es bastante básico, ya que por ahora solo realiza un gesto: abrir y cerrar la mano. Del mismo modo, la interfaz cerebro-máquina utilizada para controlar el brazo consiste en una tapa con electrodos que miden las señales eléctricas producidas por el cerebro. Así lo aseguró el portal The Verge.

Durante las pruebas se les pidió a los participantes que imaginaran cómo abrir y cerrar la mano del robot. Así, los científicos registraron esta señal y la convirtieron en una instrucción para el brazo mecánco.

Así se ve el movimiento del brazo robótico:

Como puedes ver en el video, la persona del experimento tiene sus dos manos ocupadas y la prótesis recibe el implemento. Esto se debe a que esta interfaz está centrada en la multitarea cerebro-máquina. Así, el brazo robótico utilizado en su demostración se controla a través de los electrodos que se pegan a la cabeza del usuario para capturar su actividad cerebral sin necesidad de requerir toda la atención de la persona. Esto significa que los usuarios pueden participar en una tarea mientras realizan otra de manos libres simultáneamente.

Por el momento no se conoce ninguna fecha de comercialización.

Imagen: captura de pantalla

La estructura se compone de tres piezas impresas en 3D y juntas incrementan las habilidades y la versatilidad de la mano. Los movimientos se replican mediante dos motores que tensan y destensan el material usando filamento elástico. La parte que integra los motores en la muñeca se compone de resina gris, y un cable Bowden con teflón que provoca el movimiento de flexión y extensión.

¿Cómo funciona el pulgar adicional?

Los movimientos de este tercer pulgar se controlan mediante sensores de presión situados en los zapatos y conectados al pulgar robótico vía Bluetooth. “El control con los pies aprovecha la fuerte conexión existente entre las manos y los pies que ya se aprovecha habitualmente: para conducir coches y motos, máquinas de coser o pianos”, explica Danielle Clode, la diseñadora neozelandesa detrás de este proyecto. Este sistema de conexión por Bluetoohth es el mismo tipo de control desarrollado para manejar dos brazos robot adicionales.

Científicos de la Universidad de Melbourne están desarrollando una tecnología que podría hacer que, en una década, las prótesis de extremidades, sillas de ruedas y hasta computadores sean controlados con la mente, informó The Hufftington Post. Según los experimentos, llevados a cabo por un equipo de médicos, el próximo año se podrá probar en humanos el implante que haría esto posible, el cual capta y transmite señales del cerebro.

Este implante se llama un ‘strentrode’,  y lo probaron exitosamente en animales. El dispositivo, que es del tamaño de un fósforo, se implanta en una arteria cerca al cerebro y usa una red de pequeños electrodos, que recoge las señales de las neuronas del cerebro y las convierte en comandas eléctricos. La esperanza es que, algún día, eso les permita a los pacientes con parálisis controlar una extremidad biónica o una silla de ruedas con la mente. 

Según Terry O’Brien, líder de una de las facultades que llevan a cabo la investigación, lo que se está logrando con el ‘strentrode’ es tener un dispositivo que sea mínimamente invasivo para el cerebro y que se pueda usar por mucho tiempo.  El método actual para acceder a las señales del cerebro requiere cirugías complejas a cerebro abierto, y suele dejar de funcionar en pocos meses. En cambio el ‘strentode’ se puede insertar a través de una vena en el cuello del paciente y se puede ubicar en una arteria cerca al cerebro.

Las pruebas en animales que se hicieron fueron para probar la funcionalidad del ‘strentode’ para captar las señales de las neuronas, no para convertir las señales eléctricas en movimientos de las prótesis, cosa que ya está establecida.

Aparte de permitir controlar prótesis sin necesidad de la complicada y poco efectiva cirugía, este nuevo dispositivo podría servir para monitorear señales cerebrales de personas con epilepsia para detectar una posible convulsión antes de que ocurra.

Imagen: Belushi (vía Shutterstock). 

Hace 40 años en un accidente eléctrico, Les Baugh perdió ambos brazos. A pesar de su accidente, se convirtió en el primer amputado en el mundo que con su pensamiento usa y controla dos brazos robóticos con los que realiza varias tareas, como informó Cnet.

Los brazos son prótesis de extremidades modulares y fueron desarrollados por el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad John Hopkins (Estados Unidos). Les Baugh debió someterse a una cirugía llamada reinervación muscular selectiva que funciona porque cuando una persona se le amputa un miembro de su cuerpo, pierde los músculos y los huesos, pero los nervios residuales mantienen la información de control. De esta forma, durante la operación, estos nervios se conectan a las prótesis.

Así, quienes usan estas prótesis, pueden abrir y cerrar sus manos artificiales, doblar y enderezar sus codos de una forma muy natural y parecida a los movimientos reales del cuerpo humano.

El cirujano de trauma del Laboratorio, Albert Chi explicó que “es un procedimiento quirúrgico que les da una nueva tarea a los nervios que controlaban los brazos y las manos. De esta forma, es posible que las personas amputadas puedan controlar sus prótesis sólo con pensar en la acción que desea realizar”.

Después de la cirugía, Baugh debió aprender a usar la prótesis. Para esto, entrenó con el sistema de reconocimiento de patrones que utiliza algoritmos para identificar los movimientos de cada uno de los músculos que está presente en el brazo, la comunicación entre éstos, así como su amplitud y frecuencia. Todo este conocimiento es traducido por el sistema en instrucciones para controlar el brazo robótico.

Luego, a Baugh lo equiparon con un puerto que se conecta con los nervios residuales y sirve como apoyo para las prótesis. Gracias a éste, pudo usar una versión de realidad virtual de las extremidades que le permitió al grupo de investigación afinar el puerto para mejorar su funcionamiento.

Gracias a la cirugía y al entrenamiento, Baugh pudo mover varios objetos. Una de las tareas fue mover una taza de una repisa a otra mucho más alta. Este acto implicó la coordinación de ocho movimientos separados.

El encargado de las prótesis, Courtney Moran, afirmó que “este tipo de tareas simulan actividades que se realizan en la vida diaria. Lo más impresionante fue su habilidad de controlar una combinación de movimientos con ambos brazos y al mismo tiempo”. El próximo paso es enviar a Baugh a su casa con la prótesis para que los use en su vida cotidiana.

Imagen: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.  

La tecnología no solo ayuda a construir prótesis para caminar, correr o realizar actividades del diario vivir. Algunos avances también pueden permitir hacer actividades más complejas como la música. Ese es el caso de Jason Barnes, un joven que tiene una prótesis robótica que le permite cumplir a su sueño de ser baterista, como lo informa NewScientist.

Para usar la prótesis, el joven debe tensar los músculos de su brazo. Esto produce una señal que ayuda a controlar un pequeño motor que maneja las baquetas.

Según The Verge, Gil Weinberg, jefe desarrollador de la prótesis, ya había trabajado con proyectos relacionados con la música y la robótica. En 2006 presentó Haile, un robot baterista que, usando un algoritmo, puede escuchar el trabajo de un músico y crear un ritmo propio para acompañar la tonada.

La prótesis tiene una segunda baqueta que se controla de forma autónoma con su propio motor, y usa un micrófono y un acelerómetro para interpretar el ritmo que Barnes esté tocando. Con esta información produce un ritmo que complementa la música que el baterista, y el resto de la banda, estén interpretando. Este último detalle hace que Weinberg afirme que Barnes es una especie de “baterista súper humano”.

Dado que el algoritmo desarrollado requiere mucha exactitud para crear los ritmos complementarios, Weinberg desea poder implementar la misma tecnología en campos como los carros autónomos y brazos robóticos en el espacio.

La prótesis tendrá su gran debut en el escenario del Festival de Ciencia de Atlanta, que se hará el próximo 22 de marzo. Barnes perdió parte de su brazo al recibir una descarga eléctrica años atrás. Pero esta dificultad no impidió que, diseñando una prótesis más rudimentaria y simple, pudiera ingresar al Instituto de Música de Atlanta.

Imagen: Sitio oficial Georgia Tech

Es un avance impresionante en la biomédica, ya que esta sería la primera mano biónica que permite sentir lo que están tocando a un amputado. Esta nueva generación de prótesis  se empezaran a trasplantar a finales de este año.

El ‘conejillo de indias’ es un italiano de 20 años que vive en Roma, quien prefiere estar en el anonimato. El hombre perdió la parte inferior de su brazo en un accidente. Según Silvestro Micera, de la Escuela Politécnica de Lausana en Suiza, este seria el comienzo de una nueva generación de prótesis.

La mano artificial tiene su propio cableado y se conecta al sistema nervioso del huésped a través de electrodos en dos de los nervios principales del brazo, el mediano y los nervios cubitales. Esto con el fin de que el paciente pueda controlar los movimientos de la mano y adicionalmente recibir señales de sensaciones táctiles de la mano artificial.

“Este es un progreso real, es esperanza para amputados. Será la primera prótesis que proporcionará información en tiempo real sensorial para el paciente”, dijo el Dr. Micera. La idea de los médicos es mejorar las versiones anteriores, que tenían un sistema pobre de percepción sensorial. Esta vez, el objetivo es aumentar los puntos de sensación y hacer que ‘sientan’ lo más humanamente posible.

El plan es que el paciente lleve la mano biónica durante un mes para ver cómo se adapta a la prótesis y, si todo va bien, un modelo completo estará listo para la prueba dentro de dos años, añadió el Dr. Micera.

Uno de los problemas que deben resolver es si los pacientes podrán adaptarse a usar la prótesis todo el tiempo, o si habría que quitarla y darle un descanso al musculo que la soporta. Otro inconveniente es cómo ocultar los cables bajo la piel del paciente para que sean menos molestos. El prototipo inserta el cableado a través de la piel y no por debajo, pero hay planes en desarrollo para colocar el cableado por vía subcutánea.

A pesar de la importancia del avance, el coste de este tipo de prótesis, como es costumbre, sera muy elevado. Habrá que esperar algunos años para que esto sea implementado en aquellos que pierden sus miembros y no tienen los recursos económicos para mejorar su calidad de vida con una de estas prótesis.

Dos sensores de 4 milímetros por 4 milímetros fueron implantados en la corteza motora del cerebro de Jan Scheuermann, una mujer de 52 años paralizada del cuello para abajo. Así, por primera vez, logró controlar un brazo robótico por completo y hacerlo ejecutar algunas tareas con la precisión y eficacia similar a la de un brazo humano.

Los resultados de está investigación, que se está llevando a cabo por Andrew Schwartz de la Universidad de Pittsburgh, muestran que esto fue logrado con tan solo 13 semanas de entrenamiento. “La participante pasó de mover la prótesis libremente en un espacio tridimensional desde el segundo día de entrenamiento. Después de 13 semanas, movimientos en siete dimensiones fueron realizados rutinariamente. (…) La participante también fue capaz de usar el brazo para realizar movimientos diestros y coordinados que en términos clínicos significan la recuperación significativa de la extremidad.”

En otras palabras, estos resultados significan que Scheuermann tiene un nuevo brazo que puede utilizar casi tan bien como cualquier persona puede usar su brazo. Los sensores que el equipo de Schwartz le implantaron a la participante son dos microelectrodos intracorticales (es decir en la corteza cerebral) de 96 canales.

Schwartza le aseguró a la BBC que esto es mucho mejor de lo que antes se había logrado en este tema: “De verdad creo que esta es evidencia convincente de que esta tecnología puede ser implementada para la recuperación de las personas con lesiones en la espina dorsal. Con esto, podrían hacer tareas de la vida diaria con eficiencia.”