RESUMEN: Las interfaces cerebro computador han sido objeto de estudio e investigación para diversas aplicaciones como clínicas, de entretenimiento y educativas. En base a ello, las señales de electroencefalografía (EEG) formaron parte de muchas aplicaciones de investigación. En este artículo se expone cómo se ha desarrollado esta interfaz a lo largo de los años y la gran utilidad dentro del campo de las neurociencias, así como aplicaciones biomédicas para detección o prevención de ciertas patologías. El objetivo es dar a conocer este sistema que es puerta a grandes descubrimientos para el cerebro humano, inteligencia artificial y las enfermedades degenerativas.
La interfaz cerebro computador desde 0
Es bien sabido que hoy en día los sistemas computacionales se han convertido en una de las principales herramientas que facilitan la vida de las personas. ¿Qué tal no solo facilitar sino mejorar las vidas? En neurociencias y ciertos campos de ingeniería, una interfaz cerebro computadora, o en inglés Brain Computer Interface (BCI) es un dispositivo que puede usar la actividad neuronal en el cerebro para poder comunicarse con otros sistemas o controlar máquinas, miembros artificiales o robots sin una acción de manipulación física directa [1]. La actividad neuronal utilizada en la BCI se puede registrar utilizando técnicas invasivas o no invasivas. El objetivo de la BCI no es necesariamente determinar la intención de una persona mediante la actividad cerebral, sino más bien proporcionar un nuevo canal de salida para el cerebro que requiere un control adaptativo voluntario por parte del usuario.
Evolución de la BCI desde sus orígenes
La investigación y primera aparición de la expresión interfaz cerebro-computador fue en los 70 ‘s en la Universidad de California, esto gracias a la investigación del cerebro humano y su actividad eléctrica, la cual tiene una estrecha conexión con el descubrimiento de interfaces informáticas cerebrales. El desarrollo de la electroencefalografía por Hans Berger fue un gran avance para la humanidad, ya que logró registrar actividad cerebral humana: el electroencefalograma (EEG). EEG es una tecnología de neuroimagen que se utiliza para registrar los potenciales eléctricos cerebrales que miden las fluctuaciones de voltaje eléctrico a lo largo del cuero cabelludo como resultado de los flujos de corriente en las neuronas del cerebro y la actividad neuronal del cerebro [2]. Este fue un importante descubrimiento debido a la posibilidad de detectar enfermedades cerebrales. Como uno de los primeros usos comunes de la tecnología de interfaz cerebro-computadora, la retroalimentación del EEG se ha utilizado durante varias décadas.
En el año 1998, el investigador Philip Kennedy implantó el primer objeto de interfaz de computadora cerebral en un ser humano mediante el uso de un dielectrodo inalámbrico.
En 2001 un equipo de investigadores de la Universidad de Brown formó una empresa de comercio público, Cyberkinetics. En 2004, Matthew Nagle se convirtió en el primer humano en ser implantado con un BCI, BrainGate de Cyberkinetics™; después ese mismo año, investigadores del Wadsworth Center del Departamento de Salud del Estado de Nueva York elaboraron un informe de investigación que demostró la capacidad de controlar una computadora usando un BCI [3].
Desde ese momento hasta hoy en día, se realizan diversas publicaciones, investigaciones y proyectos asociados al BCI como innovación para distintas aplicaciones en la sociedad.
Aplicaciones de las interfaces cerebro computador
Las aplicaciones para estas tecnologías pueden ir desde las terapias psicológicas y soluciones biomédicas hasta el entretenimiento, como realidades virtuales y aparatos BCI que nos permiten acceder a videojuegos controlados con la actividad de las ondas cerebrales; y la educación, como determinar el nivel de atención de estudiantes e investigar la relación con el rendimiento y poder facilitar el aprendizaje [4].
Las aplicaciones más destacadas del BCI son las del campo biomédico y clínico. Entre ellas pueden destacar algunas como el Neurofeedback, una terapia que regula la actividad de algunas ondas cerebrales mediante estímulos ya sean táctiles, visuales o auditivos, eficiente para personas con trastornos como epilepsia, ansiedad, y TDAH [5].
El procesamiento de señales EEG también ha sido clave para varias soluciones biomédicas a neuropatías como parálisis cerebral y la enfermedad de Parkinson. Estas pueden estar basadas en procesar, detectar segmentos y clasificar señales EEG de movimientos de extremidades como manos y pies o en izquierda y derecha, para después ser usadas como salida para aplicaciones como prótesis de control mental, controlar sillas de ruedas mentalmente, y otras innovaciones de BCI. Existen BCIs que sirven como terapia para personas con daños y traumas craneales severos para ejercitar las zonas afectadas para que haya neuroplasticidad y las personas se adapten. Un ejemplo de ellos es un BCI que genera notas musicales mediante la actividad EEG para reforzar y estimular las conexiones neuronales por este medio.
Son muchos más los ejemplos que podría mencionar en este artículo, pero aun así queda en evidencia la evolución y constante descubrimiento científico sobre el cerebro humano y su conexión con las máquinas. Esta constante investigación seguirá generando soluciones a neuropatías, miopatías y accidentes cerebrales y cerebrovasculares. Estamos frente a lograr lo que se creía imposible y generar un futuro beneficioso para la humanidad dentro de las neurociencias.
El autor
Sebastián Ibarra Arregui, es estudiante de último año de Ingeniería Biomédica en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH), miembro fundador de la Rama Estudiantil IEEE UPCH en 2019 y miembro fundador de la Asociación de Estudiantes de Ingeniería Biomédica en 2020 como vicepresidente. Actualmente miembro del proyecto MASI ventiladores y realizando investigación y proyectos en las áreas de neurociencias, ingeniería clínica y procesamiento de señales e imágenes médicas.
Referencias:
[1] A. Vallabhaneni, T. Wang, and B. He, “Brain—computer interface,” in Neural engineering. Springer, 2005, pp. 85–121.
[2] J. C. Henry, “Electroencephalography: basic principles, clinical applications, and related fields” Neurology, vol. 67, no. 11, pp. 2092–2092, 2006.
[3] Brain Vision UK., “The Brief History of Brain Computer Interfaces” URL: The Brief History of Brain Computer Interfaces : Brain Vision UK
[4] Hugo Marte, “INTERFAZ CEREBRO COMPUTADOR: CONTROLAR COSAS CON LA MENTE” URL: Interfaz Cerebro Computador: Controlar cosas con la mente – NeuroClass (neuro-class.com)
[5] Arns, M., De Ridder, S., et. al, “Efficacy of neurofeedback treatment in ADHD: the effects on inattention, impulsivity and hyperactivity: a meta-analysis” Clinical EEG andnneuroscience, 40(3), 180-189.
