La interfaz cerebro-computadora transforma la escritura mental en texto en la pantalla

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Los científicos están explorando varias formas en que las personas con discapacidades pueden comunicarse con sus pensamientos. El más nuevo y más rápido regresa a un medio clásico para expresarse: la escritura a mano.

Por primera vez, los investigadores han descifrado la actividad cerebral asociada con el intento de escribir letras a mano. Trabajando con un participante con parálisis que tenía sensores implantados en sus cerebros, el equipo usó un algoritmo para identificar las letras mientras intentaban escribirlas. Luego, el sistema mostró el texto en una pantalla, en tiempo real.

La innovación podría, con un mayor desarrollo, permitir que las personas con parálisis mecanografíen rápidamente sin usar las manos, dice la coautora del estudio Krishna Shenoy, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de Stanford que supervisó conjuntamente el trabajo con Jaimie. Henderson, una Neurocirujano de Stanford.

Al intentar escribir a mano, el participante del estudio escribió 90 caracteres por minuto, más del doble del récord anterior para escribir con una «interfaz cerebro-computadora», informaron Shenoy y sus colegas en la revista. Naturaleza el 12 de mayo de 2021.

Esta tecnología y otras similares tienen el potencial de ayudar a personas con todo tipo de discapacidades, dice José Carmena, ingeniero neuronal de la Universidad de California en Berkeley, que no participó en el estudio. Aunque los resultados son preliminares, dice, «es un gran paso adelante en el campo».

Las interfaces cerebro-computadora convierten el pensamiento en acción, dice Carmena. «Este artículo es un ejemplo perfecto: la interfaz decodifica el pensamiento de la escritura y produce la acción».

Comunicación basada en pensamientos

Cuando una lesión o enfermedad priva a una persona de la capacidad de moverse, la actividad neuronal del cerebro para caminar, tomar una taza de café o decir una oración permanece. Los investigadores pueden aprovechar esta actividad para ayudar a las personas con parálisis o amputaciones a recuperar las habilidades perdidas.

La necesidad varía según la naturaleza de la discapacidad. Algunas personas que han perdido el uso de sus manos aún pueden usar una computadora con reconocimiento de voz y otro software. Para aquellos que tienen dificultades para hablar, los científicos han desarrollado otras formas de ayudar a las personas a comunicarse.

En los últimos años, el equipo de Shenoy ha estado decodificando la actividad neuronal asociada con el habla con la esperanza de reproducirla. También idearon una forma para que los participantes con sensores implantados usaran sus pensamientos asociados con los intentos de movimiento del brazo para mover un cursor en una pantalla. Señalar y hacer clic en las letras de esta manera permite a las personas escribir alrededor de 40 caracteres por minuto, el récord de velocidad anterior para escribir con una interfaz de cerebro de computadora (BCI).

Sin embargo, nadie había mirado la escritura a mano. Frank Willett, un neurocientífico del grupo de Shenoy, se preguntó si era posible explotar las señales cerebrales evocadas poniendo el lápiz sobre el papel. «Queremos encontrar nuevas formas de permitir que las personas se comuniquen más rápido», dice. También le motivó la oportunidad de probar algo diferente.

El equipo trabajó con un participante inscrito en un ensayo clínico llamado BrainGate2, que está probando la seguridad de las BCI que transmiten información directamente desde el cerebro de un participante a una computadora. (El director del estudio es Leigh Hochberg, neurólogo y neurocientífico del Hospital General de Massachusetts, la Universidad de Brown y el Centro Médico Providence VA). Henderson implantó dos sensores diminutos en la parte del cerebro que controla la mano y el brazo, haciendo posible que persona, por ejemplo, moviendo un brazo robótico o un cursor en una pantalla mientras intenta mover su brazo paralizado.

El participante, que tenía 65 años en el momento de la investigación, tenía una lesión en la médula espinal que lo dejó paralizado del cuello para abajo. Usando las señales que los sensores captaron de las neuronas individuales cuando el hombre imaginó que estaba escribiendo, un algoritmo de aprendizaje automático reconoció los patrones que su cerebro producía con cada letra. Con este sistema, los humanos podrían copiar oraciones y responder preguntas a una velocidad similar a la de alguien de su edad escribiendo en un teléfono inteligente.

Esta llamada BCI «Cerebro-a-Texto» es tan rápida porque cada letra provoca un patrón de actividad muy distintivo, lo que hace que sea relativamente fácil para el algoritmo distinguir una de la otra, dice Willett.

Un nuevo sistema

El equipo de Shenoy planea usar el intento de escritura a mano para la entrada de texto como parte de un sistema más completo que también incluye navegación de apuntar y hacer clic, muy similar a la utilizada en los teléfonos inteligentes actuales, e incluso un intento de decodificación de voz. «Tener estos dos o tres modos y cambiar entre modos es algo que hacemos de forma natural», dice.

A continuación, dice Shenoy, el equipo planea trabajar con un participante que no puede hablar, como alguien con esclerosis lateral amiotrófica, un trastorno neurológico degenerativo que causa pérdida de movimiento y habla.

El nuevo sistema podría ayudar potencialmente a quienes padecen parálisis causada por una serie de afecciones, agrega Henderson. Estos incluyen el accidente cerebrovascular del tronco cerebral, que afectó a Jean-Dominique Bauby, autor del libro The Diving Bell and the Butterfly. «Pudo escribir este conmovedor y hermoso libro seleccionando meticulosamente los personajes, uno a la vez, usando el movimiento de sus ojos», dice Henderson. «¡Imagínese lo que podría haber hecho con la interfaz de escritura a mano de Frank!»

Video: https://www.youtube.com/watch?v=pcApwQxbagg

ATENCIÓN: dispositivo de investigación. Restringido por la ley federal a uso experimental.

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