La interfaz del cerebro y la computadora convierte la escritura mental en texto en la pantalla

Los científicos están explorando varias formas para que las personas con discapacidades se comuniquen con sus pensamientos. El más nuevo y más rápido vuelve a un medio antiguo 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 tiene sensores implantados en su cerebro, el equipo usó un algoritmo para identificar letras mientras intentaba 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 tipeen 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, neurocirujana 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.


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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 hallazgos son preliminares, dice, “es un gran avance 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 impulsada por el pensamiento

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 pronunciar 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 estado desarrollando otras formas de ayudar a las personas a comunicarse.

En los últimos años, el equipo de Shenoy ha decodificado la actividad neuronal asociada con el habla con la esperanza de reproducirla. También han ideado una forma para que los participantes con sensores implantados usen sus pensamientos asociados con los intentos de movimientos 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 cerebro-computadora (BCI).

Sin embargo, nadie había mirado la escritura a mano. Frank Willett, un neurocientífico del grupo de Shenoy, se preguntó si sería posible aprovechar las señales cerebrales evocadas al poner 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 ensayo es Leigh Hochberg, neurólogo y neurocientífico del Hospital General de Massachusetts, la Universidad de Brown y el Centro Médico de Providence VA). Henderson implantó dos pequeños sensores en la parte del cerebro que controla la mano y el brazo, lo que hace posible que que la persona, por ejemplo, mueva un brazo robótico o un cursor en una pantalla al intentar mover su propio brazo paralizado.

El participante, que tenía 65 años al momento de la investigación, tenía una lesión en la médula espinal que lo dejó paralizado del cuello para abajo. Usando señales que los sensores captaban de neuronas individuales cuando el hombre imaginaba escribir, un algoritmo de aprendizaje automático reconocía los patrones que su cerebro producía con cada letra. Con este sistema, el hombre podía copiar oraciones y responder preguntas a un ritmo similar al de alguien de su edad escribiendo en un teléfono inteligente.

Esta BCI llamada “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 otra, dice Willett.

Un nuevo sistema

El equipo de Shenoy prevé el uso de intentos 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 que se usa en los teléfonos inteligentes actuales, e incluso un intento de decodificación de voz. “Tener esos dos o tres modos y cambiar entre ellos es algo que hacemos naturalmente”, dice.

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

El nuevo sistema podría ayudar potencialmente a quienes padecen parálisis causada por una serie de afecciones, agrega Henderson. Entre ellos se incluye el accidente cerebrovascular del tronco cerebral, que afectó a Jean-Dominique Bauby, autor del libro The Diving Bell and the Butterfly. “Pudo escribir este libro hermoso y conmovedor seleccionando a los personajes minuciosamente, uno a la vez, utilizando el movimiento de los 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

PRECAUCIÓN: Dispositivo de investigación. Limitado por la ley federal al uso en investigación.