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Reconectar el cerebro después de una parálisis mediante el aprendizaje automático

Reconectar el cerebro después de una parálisis mediante el aprendizaje automático

Menos de un año después de su lesión de la médula espinal, Ian Burkhart estaba listo para lo que vendría después. Un accidente de buceo en 2010 le rompió la columna y Burkhart perdió sensación y movimiento debajo de su bíceps. Pero no había renunciado a recuperar algunas de esas capacidades.

Estaba trabajando con médicos y fisioterapeutas en el Centro Médico Wexner de la Universidad Estatal de Ohio para controlar los efectos de su lesión. Unos meses después de comenzar el tratamiento, empezó a preguntar a su equipo de atención médica sobre sus opciones.

 

Un cable conecta la matriz de microelectrodos al equipo

 

Tres años después de su lesión, aprendió una manera de participar en la configuración de ese futuro. Un equipo estaba planeando una prueba experimental de una interfaz cerebro-computadora (BCI) en Ohio State y Battelle , a solo unas cuadras de donde Burkhart estaba recibiendo atención.

"Funcionó perfectamente", dice Burkhart. "Era el lugar correcto en el momento correcto".

"Quería saber qué era posible hoy y qué podía esperar en el futuro".

 Ian Burkhart, socio del estudio NeuroLife

Conectando el cerebro directamente a los músculos

 

El sistema nervioso es la vía de comunicación entre el cerebro y el resto del cuerpo. Transporta señales hacia y desde el cerebro, lo que permite la comunicación con los músculos y la piel, de modo que cuando piensas en “tomar el lápiz”, los nervios proporcionan el sentido del tacto y tu mano responde flexionando los músculos correctos para hacer un movimiento de pellizco. Cuando el sistema nervioso está dañado, se puede impedir que estas señales lleguen a su objetivo, lo que provoca parálisis e incapacidad para sentir.

Los BCI utilizan sistemas computacionales para registrar y analizar señales cerebrales, enviándolas en forma de comandos a un dispositivo que realiza una acción. Los científicos han estado trabajando durante décadas para desarrollar BCI para personas que viven con parálisis, pero estos sistemas todavía están confinados en su mayoría al laboratorio. El objetivo del equipo de Ohio State y Battelle, y de otros grupos, es crear un dispositivo portátil que pueda restaurar algunas funciones e independencia para estas personas.

El sistema NeuroLife de Battelle fue diseñado para ayudar a Burkhart a recuperar el control consciente de sus dedos, mano y muñeca.

Algunos BCI analizan las señales eléctricas del cerebro con un electroencefalograma (EEG), un sistema con electrodos fijados al cuero cabelludo para registrar la actividad cerebral. Las BCI basadas en EEG permiten a los participantes hacer cosas simples, como mover un cursor en una pantalla solo con sus pensamientos, o tareas avanzadas como controlar prótesis robóticas.

Otras BCI requieren chips de computadora implantados quirúrgicamente directamente en el cerebro. Estos chips tienen una serie de electrodos que registran señales de un grupo pequeño pero específico de neuronas. Si bien son mucho más invasivos, estos sistemas brindan precisión, ya que los electrodos registran directamente desde las células deseadas. Battelle y los investigadores del estado de Ohio optaron por un chip implantado para reconectar una parte específica de la corteza motora del cerebro a los músculos paralizados de la mano de Burkhart. El sistema de Battelle, llamado NeuroLife , fue diseñado para ayudar a Burkhart a recuperar el control consciente de sus dedos, mano y muñeca.

 

brazo generado por IA

La interfaz cerebro-computadora restaura el sentido del tacto con señales hápticas

 

Un enfoque gradual

La primera versión del sistema Battelle no era un BCI en absoluto. Antes de someterse a la cirugía para implantar el chip, Burkhart probó el dispositivo que ayudaría a sus músculos a moverse, que en ese momento consistía en electrodos pegados a su brazo. Cuando los electrodos aplicaron una pequeña corriente a su antebrazo, indicaron a músculos específicos que se activaran y flexionaran.

En lugar de usar sus pensamientos para controlar el dispositivo, una computadora activó los electrodos, estimulando el movimiento muscular. "Esta primera fase demostró ser tan prometedora que Ian aceptó participar en el proyecto de investigación", dice Patrick Ganzer, investigador principal de Battelle. 

"Ian nunca tuvo dudas de que esto iba a funcionar", dice Marcie Bockbrader, profesora asistente y médica de medicina física y rehabilitación en la Universidad Estatal de Ohio e investigadora principal de este ensayo. "En su opinión, siempre fue una cuestión de cómo utilizarlo".

Unos años después de su lesión, con la ayuda de este BCI, Burkhart podía mover la mano para pasar una tarjeta, remover café e incluso tocar una versión de Guitar Hero.

 

el cerrebro muestra la instalación y a la derecha el brazo con un modelo de los circuitos implantados

 

En el estudio anterior , el BCI permitió a Burkhart mover la mano y el brazo. (a) La ubicación de la matriz de microelectrodos implantada y dónde la ubicación se superpone con la actividad neuronal durante los movimientos del brazo. (b) Manguito de estimulación eléctrica neuromuscular. (c) El sistema de bypass neuronal en uso. (d) Los rásteres y los histogramas de las neuronas que se activan que corresponden a los intentos de movimientos de la muñeca. 

 

Vea nota completa:

https://la.mathworks.com/company/mathworks-stories/battelle-neurolife-system-turns-thoughts-into-movement.html

 

Más información sobre este producto entre en contacto con:

Jacqueline Vicarte
Ejecutivo MATLAB
jvicarte@multion.com

+52 (55) 55494050 Ext. 108

Rozzana Almaraz

Ejecutivo MATLAB Académico

ralmaraz@multion.com 

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Escrito por MultiON | hace 4 meses
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