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Tocar el piano con una mano robótica
Al acceder directamente a las señales eléctricas del cerebro, los científicos de la Universidad John's Hopkins, en Baltimore, están en camino de desarrollar una mano protésica más diestra que nunca. Han demostrado por primera vez que la actividad neuronal registrada en el cerebro de un mono puede controlar los dedos de una mano robótica, haciéndola tocar varias notas en un piano.
Mano robótica: Los científicos están desarrollando una interfaz neuronal que puede usar señales en el cerebro para controlar los dedos de una mano robótica, como se muestra aquí.
Esperamos que, eventualmente, podamos implantar matrices similares de forma permanente en la corteza motora de los sujetos humanos, dice Mark Schieber , neurocientífico de la Universidad de Rochester, en Nueva York, que está trabajando en el proyecto. Sin embargo, los investigadores advierten que una versión humana práctica de la interfaz neuronal aún está muy lejos.
La mayoría de las manos protésicas actualmente disponibles se limitan a un movimiento de agarre similar a una garra. Una versión significativamente mejorada, que salió al mercado la semana pasada, usa contracciones musculares en los brazos para controlar individualmente los dedos. (Ver Una mano para los heridos). Si bien este tipo de diseño es de gran ayuda para los amputados, traducir su intención de moverse en acción a través de la actividad muscular requiere un esfuerzo consciente. A largo plazo, a los científicos les gustaría desarrollar una prótesis que sea controlada sin esfuerzo por los pensamientos del usuario. Si puede acceder al cerebro, puede registrar desde el propio cerebro la intención del movimiento de la mano y los dedos, dice Nitish Thakor , neuroingeniero de John's Hopkins, que está trabajando en el proyecto.
Hasta ahora, los científicos han creado interfaces neuronales que permiten a los monos (y a los pacientes paralizados, en algunos casos experimentales) utilizar su actividad cerebral para alcanzar y agarrar con un brazo robótico. (Consulte Los chips cerebrales dan nuevos poderes a los pacientes paralizados). Sin embargo, las manos protésicas más sofisticadas que se están creando actualmente requieren niveles más finos de control. Con el desarrollo de la mano protésica altamente diestra, ahora tenemos una motivación para tratar de controlar los dedos individuales, dice Thakor.
Multimedia
Observe la traducción de la actividad neuronal en movimientos robóticos de los dedos.
Observa cómo una mano robótica, controlada por la actividad neuronal, toca 'Frère Jacques'.
Para crear la interfaz neuronal, los investigadores registraron la actividad de las células cerebrales de los monos mientras movían los dedos de diferentes maneras. (Se ha demostrado previamente que una parte particular de la corteza motora controla el movimiento de los dedos). Luego, los científicos crearon algoritmos para decodificar estas señales cerebrales identificando los patrones de actividad específicos vinculados a movimientos particulares. Cuando el sistema de decodificación se conectó a una mano robótica y se alimentó con nuevos patrones de actividad neuronal, los dedos de la mano realizaron el movimiento previsto el 95 por ciento de las veces. Los hallazgos son extremadamente alentadores, dice. Krishna Shenoy , neurocientífico de la Universidad de Stanford que no participa en la investigación. Los investigadores presentaron su recomendaciones en una conferencia de ingeniería neuronal a principios de este año.
Estos experimentos iniciales se realizaron fuera de línea, lo que significa que la actividad cerebral se registró y luego se introdujo en el sistema en un momento posterior. Pero los investigadores están planeando una demostración en vivo dentro de los próximos seis meses. Los monos implantados con una serie de electrodos de grabación se conectarán directamente a una versión virtual de un brazo protésico, que actualmente se encuentra en desarrollo. Luego, los científicos determinarán qué tan bien estos animales, que están entrenados para realizar movimientos específicos de la mano, pueden usar su actividad cerebral para controlar la mano virtual en tiempo real.
Si bien los resultados preliminares son emocionantes, los científicos tienen un largo camino por recorrer antes de poder imitar la verdadera destreza de la mano. Cada dedo tiene tres o cuatro grados de libertad que deben controlarse: flexión y extensión en cada una de las tres articulaciones, así como aducción y abducción, dice Schieber. A eso se suma la complejidad de mover cinco dedos individuales, a veces al unísono y, a veces, de forma independiente.
Los científicos aún no saben si el sistema de decodificación que han construido podrá ejecutar acciones únicas, movimientos que no formaban parte del repertorio original utilizado para crear el decodificador. A la larga, queremos que [el mono] pueda hacer cualquier cosa que se le ocurra en el momento, dice Schieber. Pero lograr que el algoritmo de decodificación se generalice así es otro desafío.