En un nuevo estudio, los investigadores demuestran que los usuarios tetraplejicos pueden operar sillas de ruedas controladas mentalmente en un entorno natural y desordenado. La silla de ruedas controlada mentalmente ayuda a las personas paralizadas a obtener una nueva movilidad al traducir los pensamientos de los usuarios en comandos mecanicos.
Al traducir los pensamientos de los usuarios en comandos mecanicos, una silla de ruedas controlada mentalmente puede ayudar a una persona paralizada a obtener una nueva movilidad. Los investigadores demuestran que los usuarios tetraplejicos pueden operar sillas de ruedas controladas por la mente en un entorno natural y desordenado despues de entrenar durante un periodo prolongado en un estudio publicado hoy (18 de noviembre) en la revista iScience.
“Demostramos que el aprendizaje mutuo tanto del usuario como del algoritmo de la interfaz cerebro-maquina es importante para que los usuarios operen con exito este tipo de sillas de ruedas”, dice Jose del R. Millan, autor correspondiente del estudio en la Universidad de Texas en Austin. «Nuestra investigacion destaca un camino potencial para mejorar la traduccion clinica de la tecnologia de interfaz cerebro-maquina no invasiva».
Millan y sus colegas reclutaron a tres personas tetraplejicas para el estudio longitudinal. Cada uno de los participantes se sometio a sesiones de entrenamiento tres veces por semana durante 2 a 5 meses. Los participantes usaban un casquete que detectaba sus actividades cerebrales a traves de electroencefalografia (EEG), que se convertiria en comandos mecanicos para las sillas de ruedas a traves de un dispositivo de interfaz cerebro-maquina. Se pidio a los participantes que controlaran la direccion de la silla de ruedas pensando en mover las partes de su cuerpo. Especificamente, necesitaban pensar en mover ambas manos para girar a la izquierda y ambos pies para girar a la derecha.
En la primera sesion de capacitacion, tres participantes tenian niveles similares de precision (cuando las respuestas del dispositivo se alineaban con los pensamientos de los usuarios) de alrededor del 43 % al 55 %. En el transcurso de la capacitacion, el equipo del dispositivo de interfaz cerebro-maquina observo una mejora significativa en la precision del participante 1, que alcanzo una precision de mas del 95 % al final de su capacitacion. El equipo tambien observo un aumento en la precision del participante 3 al 98 % a la mitad de su entrenamiento antes de que el equipo actualizara su dispositivo con un nuevo algoritmo.
La mejora observada en los participantes 1 y 3 se correlaciona con la mejora en la discriminacion de funciones, que es la capacidad del algoritmo para discriminar el patron de actividad cerebral codificado para los pensamientos de «ir a la izquierda» de los de «ir a la derecha». El equipo descubrio que la mejor diferenciacion de caracteristicas no es solo el resultado del aprendizaje automatico del dispositivo, sino tambien del aprendizaje en el cerebro de los participantes. El EEG de los participantes 1 y 3 mostro cambios claros en los patrones de ondas cerebrales a medida que mejoraron la precision en el control mental del dispositivo.
“Vemos a partir de los resultados del EEG que el sujeto ha consolidado la habilidad de modular diferentes partes de su cerebro para generar un patron para ‘ir a la izquierda’ y un patron diferente para ‘ir a la derecha’”, dice Millan. “Creemos que se produjo una reorganizacion cortical como resultado del proceso de aprendizaje de los participantes”.
En comparacion con los participantes 1 y 3, el participante 2 no tuvo cambios significativos en los patrones de actividad cerebral durante el entrenamiento. Su precision aumento solo ligeramente durante las primeras sesiones, que se mantuvo estable durante el resto del periodo de entrenamiento. Sugiere que el aprendizaje automatico por si solo es insuficiente para maniobrar con exito un dispositivo controlado por la mente, dice Millan.
Al final de la capacitacion, se pidio a todos los participantes que condujeran sus sillas de ruedas por una habitacion de hospital abarrotada. Tuvieron que sortear obstaculos como un separador de habitaciones y camas de hospital, que estan configurados para simular el entorno del mundo real. Tanto el participante 1 como el 3 terminaron la tarea, mientras que el participante 2 no pudo completarla.
“Parece que para que alguien adquiera un buen control de la interfaz cerebro-maquina que le permita realizar actividades diarias relativamente complejas como conducir la silla de ruedas en un entorno natural, requiere cierta reorganizacion neuroplastica en nuestra corteza”, dice Millan.
El estudio tambien hizo hincapie en el papel de la formacion a largo plazo en los usuarios. Aunque el participante 1 se desempeno excepcionalmente al final, tambien tuvo problemas en las primeras sesiones de entrenamiento, dice Millan. El estudio longitudinal es uno de los primeros en evaluar la traduccion clinica de la tecnologia de interfaz cerebro-maquina no invasiva en personas tetraplejicas.
A continuacion, el equipo quiere averiguar por que el participante 2 no experimento el efecto de aprendizaje. Esperan realizar un analisis mas detallado de las senales cerebrales de todos los participantes para comprender sus diferencias y posibles intervenciones para las personas que luchan con el proceso de aprendizaje en el futuro.
