BrainGate Recientemente, los investigadores lograron un gran avance en el área de las interfaces cerebro-computadora (BCI) después de que los participantes de un ensayo clínico con tetraplejía demostraran el uso de un BCI inalámbrico intracortical con un transmisor inalámbrico externo. Fue la primera vez que se utilizó un sistema de este tipo, y es capaz de transmitir señales cerebrales con una resolución de una sola neurona.
La investigación fue publicada en Transacciones IEEE sobre ingeniería biomédica el mes pasado.
El sistema también transmite con total fidelidad de banda ancha y no necesita atar físicamente al usuario a un sistema de decodificación. En lugar de los cables tradicionales, el sistema se basa en un transmisor de 2 pulgadas que pesa poco más de 1,5 onzas. Esta unidad se coloca encima de la cabeza del usuario y se conecta a una matriz de electrodos que se encuentra en la corteza motora del cerebro, y lo hace a través del mismo puerto que utilizan los sistemas cableados.
El estudio involucró a dos participantes de ensayos clínicos que tenían parálisis y usaron el sistema BrainGate con un transmisor inalámbrico. A través del transmisor inalámbrico, podían apuntar, hacer clic y escribir en una tableta estándar.
El estudio demostró que el sistema inalámbrico es capaz de transmitir señales con la misma fidelidad que los sistemas alámbricos.
John Simeral es profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Brown. Es el autor principal del estudio y miembro del consorcio de investigación BrainGate.
“Hemos demostrado que este sistema inalámbrico es funcionalmente equivalente a los sistemas cableados que han sido el estándar de oro en el rendimiento de BCI durante años”, dijo Simeral. “Las señales se graban y transmiten con una fidelidad apropiadamente similar, lo que significa que podemos usar los mismos algoritmos de decodificación que usamos con equipos cableados. La única diferencia es que las personas ya no necesitan estar atadas físicamente a nuestro equipo, lo que abre nuevas posibilidades en términos de cómo se puede usar el sistema”.
Según los investigadores, el nuevo avance nos acerca a un sistema intracortical totalmente implantable que puede proporcionar a las personas lesionadas la capacidad de moverse. El nuevo desarrollo es el primer dispositivo que transmite el espectro completo de señales registradas por un sensor intracortical.
Los resultados del estudio
El juicio involucró a un hombre de 35 años y un hombre de 63 años que sufrían lesiones en la médula espinal. Podían usar el sistema en casa en lugar del laboratorio debido a la falta de cables, y también podían usarlo hasta por 24 horas. Este largo período de tiempo permitió a los investigadores recopilar datos de larga duración.
Leigh Hochberg es profesora de ingeniería en Brown e investigadora en el Carney Institute for Brain Science de Brown. Hochberg dirigió el ensayo clínico BrainGate.
“Queremos entender cómo evolucionan las señales neuronales con el tiempo”, dijo Hochberg. “Con este sistema, podemos observar la actividad cerebral, en casa, durante largos períodos de una manera que antes era casi imposible. Esto nos ayudará a diseñar algoritmos de decodificación que proporcionen una restauración fluida, intuitiva y confiable de la comunicación y la movilidad para las personas con parálisis”.
Consorcio BrainGate
El consorcio BrainGate es un grupo interdisciplinario de investigadores de las universidades de Brown, Stanford y Case Western Reserve. También involucra a personas del Centro Médico de Asuntos de Veteranos de Providence y del Hospital General de Massachusetts.
El equipo publicó una investigación en 2012 que demostró cómo los participantes de ensayos clínicos podían operar prótesis robóticas multidimensionales utilizando un BCI por primera vez. Desde entonces, el grupo ha perfeccionado continuamente el sistema y logrado nuevos avances.
Sharlene Flesher es coautora y becaria postdoctoral anterior en Stanford. Flesher ahora trabaja como ingeniero de hardware en Apple.
“La evolución de las BCI intracorticales de requerir un cable de alambre a usar un transmisor inalámbrico en miniatura es un paso importante hacia el uso funcional de interfaces neuronales de alto rendimiento totalmente implantadas”, dijo Flesher. “A medida que el campo se dirige hacia la reducción del ancho de banda transmitido mientras se preserva la precisión del control del dispositivo de asistencia, este estudio puede ser uno de los pocos que captura la amplitud completa de las señales corticales durante períodos prolongados de tiempo, incluso durante el uso práctico de BCI”.
El equipo de BrainGate ha podido continuar trabajando durante la pandemia de COVID-19 ya que el dispositivo es inalámbrico y se puede usar en casa sin un técnico.
Hochberg también es neurólogo de cuidados intensivos en el Hospital General de Massachusetts y director del Centro de Investigación y Desarrollo de Rehabilitación de VA para Neurorestauración y Neurotecnología.
“En marzo de 2020, quedó claro que no podríamos visitar los hogares de los participantes de nuestra investigación”, dijo Hochberg. “Pero al capacitar a los cuidadores sobre cómo establecer la conexión inalámbrica, un participante del ensayo pudo usar el BCI sin que los miembros de nuestro equipo estuvieran físicamente allí. Entonces, no solo pudimos continuar nuestra investigación, esta tecnología nos permitió continuar con el ancho de banda completo y la fidelidad que teníamos antes”.
Según Simeral, “Múltiples empresas han entrado maravillosamente en el campo de BCI, y algunas ya han demostrado el uso humano de sistemas inalámbricos de bajo ancho de banda, incluidas algunas que están completamente implantadas. En este informe, nos complace haber utilizado un sistema inalámbrico de gran ancho de banda que mejora las capacidades científicas y clínicas de los sistemas futuros”.