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Avance revolucionario: lograron que un paciente con ELA y otro con cuadriplejia vuelvan a escribir

Con implantes de electrodos en el cerebro, mediante el pensamiento reproducen el movimiento de los dedos en un teclado

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Mediante electrodos conectados al cerebro, dos personas con parálisis pudieron teclear con la mente
Mediante electrodos conectados al cerebro, dos personas con parálisis pudieron teclear con la menteBraingate

La escena ocurre sin movimiento visible, aunque la pantalla frente a los participantes no deja de llenarse de palabras. Dos personas con parálisis intentan mover los dedos como si estuvieran frente a un teclado físico, pero sus manos no llegan a ejecutar la acción. Aun así, las letras aparecen una tras otra en la pantalla frente a ellos, forman oraciones y permiten sostener un intercambio continuo. Ese resultado, que hasta hace poco parecía inalcanzable para alguien que perdió por completo el control de sus extremidades, fue logrado gracias a un sistema experimental que interpreta la actividad cerebral asociada a la intención de escribir y la convierte en texto en tiempo real. El desarrollo fue presentado por un equipo de investigadores de Estados Unidos y publicado en la revista Nature Neuroscience, en un trabajo que expone la posibilidad de recuperar la comunicación escrita con una velocidad y naturalidad cercanas a las de una persona sin discapacidad motora.

Los científicos implantaron matrices de microelectrodos en la corteza motora de dos participantes con tetraplejía. Uno tiene esclerosis lateral amiotrófica (ELA) la misma patología que tiene el exsenador, Esteban Bullrich. Se trata de un trastorno neurodegenerativo que deteriora progresivamente la capacidad de mover el cuerpo y de hablar. El otro participante del estudio sufrió una lesión cervical de médula espinal que interrumpe la conexión entre el cerebro y los músculos desde el cuello hacia abajo. En ambos casos, la intervención se orientó a registrar la actividad neuronal correspondiente a la intención de mover cada dedo, incluso cuando ese movimiento ya no se podía ejecutar físicamente. La zona elegida para el implante fue el área responsable del control voluntario de las manos, donde se activan patrones específicos cuando una persona planifica o intenta realizar una acción motora.

A) Ubicaciones de la matriz de microelectrodos T17 en el hemisferio izquierdo. Se colocaron dos matrices en cada una de las siguientes áreas corticales: giro precentral dorsal (6d), medio (55b) y ventral (6v). B) Vistas del hemisferio izquierdo y derecho de las ubicaciones de la matriz de microelectrodos T18. Se colocaron cuatro matrices en el giro precentral dorsal izquierdo y dos matrices en el giro precentral dorsal derecho (área 6d). C) Tarea de movimiento aislado de dedos con demora instruida. Se instruyó a cada participante para que volviera al descanso entre ensayos y mantuviera la postura del dedo durante la señal Go. D) Posición de descanso, movimientos 'Extender hacia arriba', 'Directo hacia abajo' y 'Hacia la palma'. E y H) Los trazados están ordenados por color según la lateralidad de la mano y, secundariamente, según el tipo de movimiento. Las regiones sombreadas en gris representan la variabilidad de la demora. ITI es el intervalo entre ensayos. E y F) Los componentes principal primero y segundo de las características de los picos de cruce de umbral T17 promediados en ensayos de las matrices 6v y 6d (256 electrodos) en cada condición. G y H) Los componentes principal segundo y tercero de las características de los picos de cruce de umbral T18 promediados en ensayos en cada condición de los 384 electrodos. H) Los movimientos de los dedos 'Extender hacia arriba' en cada dedo están representados por líneas discontinuas para mayor claridad. I) Cada panel muestra las respuestas medias de un electrodo de ejemplo en la corteza premotora dorsal izquierda de T18 sintonizado a todas las posiciones de flexión y extensión para cada dedo. Cada línea muestra el cambio medio en la tasa de cruce de umbral promediado en todos los ensayos de una condición de movimiento dada. Las regiones sombreadas indican un IC del 95 %. j , Mapas de calor de sintonización para las seis matrices T18; fondos sombreados por hemisferio. Los círculos indican que las características de cruce de umbral en un electrodo determinado variaron significativamente en los 15 movimientos únicos de los dedos de cada mano ( P < 1 × 10⁻⁵, evaluado mediante análisis de varianza unidireccional o ANOVA). El sombreado indica la fracción de varianza explicada (FVAF) por las diferencias en la tasa de cruce de umbral durante los movimientos cruzados
A) Ubicaciones de la matriz de microelectrodos T17 en el hemisferio izquierdo. Se colocaron dos matrices en cada una de las siguientes áreas corticales: giro precentral dorsal (6d), medio (55b) y ventral (6v). B) Vistas del hemisferio izquierdo y derecho de las ubicaciones de la matriz de microelectrodos T18. Se colocaron cuatro matrices en el giro precentral dorsal izquierdo y dos matrices en el giro precentral dorsal derecho (área 6d). C) Tarea de movimiento aislado de dedos con demora instruida. Se instruyó a cada participante para que volviera al descanso entre ensayos y mantuviera la postura del dedo durante la señal Go. D) Posición de descanso, movimientos 'Extender hacia arriba', 'Directo hacia abajo' y 'Hacia la palma'. E y H) Los trazados están ordenados por color según la lateralidad de la mano y, secundariamente, según el tipo de movimiento. Las regiones sombreadas en gris representan la variabilidad de la demora. ITI es el intervalo entre ensayos. E y F) Los componentes principal primero y segundo de las características de los picos de cruce de umbral T17 promediados en ensayos de las matrices 6v y 6d (256 electrodos) en cada condición. G y H) Los componentes principal segundo y tercero de las características de los picos de cruce de umbral T18 promediados en ensayos en cada condición de los 384 electrodos. H) Los movimientos de los dedos 'Extender hacia arriba' en cada dedo están representados por líneas discontinuas para mayor claridad. I) Cada panel muestra las respuestas medias de un electrodo de ejemplo en la corteza premotora dorsal izquierda de T18 sintonizado a todas las posiciones de flexión y extensión para cada dedo. Cada línea muestra el cambio medio en la tasa de cruce de umbral promediado en todos los ensayos de una condición de movimiento dada. Las regiones sombreadas indican un IC del 95 %. j , Mapas de calor de sintonización para las seis matrices T18; fondos sombreados por hemisferio. Los círculos indican que las características de cruce de umbral en un electrodo determinado variaron significativamente en los 15 movimientos únicos de los dedos de cada mano ( P < 1 × 10⁻⁵, evaluado mediante análisis de varianza unidireccional o ANOVA). El sombreado indica la fracción de varianza explicada (FVAF) por las diferencias en la tasa de cruce de umbral durante los movimientos cruzadosNature Neuroscience

A partir de esas señales, los investigadores entrenaron un sistema capaz de traducir la actividad cerebral en la selección de teclas de un teclado QWERTY [el de las máquinas de escribir y computadoras] virtual. Para ello recurrieron a un algoritmo que interpreta las fluctuaciones neuronales y asigna, en función de la forma y la intensidad de esas señales, cuál sería la tecla que la persona intentó presionar. La interfaz conserva la distribución tradicional del teclado, de modo que el usuario no necesita aprender una codificación nueva ni un método alternativo de comunicación. Basta con intentar teclear como lo hacía antes de la parálisis, aunque los músculos ya no respondan. La familiaridad con el patrón QWERTY permite que el uso sea intuitivo y que la curva de aprendizaje sea breve.

El desempeño alcanzado por los participantes superó los registros previos en interfaces cerebro‑computadora orientadas a la comunicación escrita. Uno de ellos llegó a escribir 110 caracteres por minuto [el promedio para una persona sin discapacidad motora ronda los 180 caracteres], lo equivalente a 22 palabras por minuto, con tasas de error muy bajas y con bloques completos de texto sin errores de palabras. El segundo participante, con un implante de menor cobertura cortical, alcanzó una velocidad de 47 caracteres por minuto, también con niveles de precisión adecuados para la comunicación cotidiana. En ambos casos la escritura fue completamente autorregulada: el sistema no impuso intervalos fijos ni ritmos preestablecidos. La persona iniciaba la frase cuando lo decidía y continuaba al ritmo que podía sostener, lo que resultó clave para mantener un flujo natural de escritura.

La calibración fue uno de los aspectos más relevantes del estudio porque definió la practicidad del sistema. Según reportaron los autores, con cerca de 30 oraciones de calibración el modelo ya era capaz de descifrar las intenciones con una tasa de error de palabra que permitía una comunicación fluida. Con más entrenamiento, el rendimiento mejoró aún más. El análisis del comportamiento del sistema entre días distintos mostró que el rendimiento no se deterioraba abruptamente, algo común en interfaces intracorticales que sufren fluctuaciones en la señal. Los investigadores utilizaron métodos de entrenamiento acumulativo que ayudan a mantener la estabilidad sin necesidad de reiniciar el proceso cada día de uso.

A) La distribución del teclado imita fielmente un teclado QWERTY. Las guías de dedos y texto en la interfaz de usuario ayudan a hacer coincidir los movimientos de los dedos con los caracteres del teclado. Las oraciones se construyen mediante una serie de movimientos de dedos que corresponden a la distribución del teclado mostrada. Las probabilidades de los caracteres son predichas por una RNN a partir de características neuronales. El modelo de lenguaje considera continuamente las probabilidades de los caracteres, y la oración predicha actualmente se actualiza en la pantalla. b , c , T17 B) y T18 C) Izquierda, Tasas de error promedio de caracteres sin procesar, caracteres después del modelo de lenguaje y palabras después del modelo de lenguaje mostradas en todas las sesiones. Las marcas numeradas del eje x indican los días de prueba (en relación con la cirugía de colocación de la matriz en el día 0), seguidas de los bloques por día. Cada marcador circular indica un bloque. Derecha, Promedio de caracteres por minuto escritos por cada participante en todas las sesiones por bloque. Las regiones sombreadas indican un IC del 95 %. d , e , T17 D y T18 E decodificación de oraciones de ejemplo en tiempo real durante la escritura libre. Los espacios se indican con el signo mayor que ('>'). Los caracteres rojos indican errores, y los caracteres azules debajo de los incorrectos indican el segundo carácter más probable predicho por la RNN
A) La distribución del teclado imita fielmente un teclado QWERTY. Las guías de dedos y texto en la interfaz de usuario ayudan a hacer coincidir los movimientos de los dedos con los caracteres del teclado. Las oraciones se construyen mediante una serie de movimientos de dedos que corresponden a la distribución del teclado mostrada. Las probabilidades de los caracteres son predichas por una RNN a partir de características neuronales. El modelo de lenguaje considera continuamente las probabilidades de los caracteres, y la oración predicha actualmente se actualiza en la pantalla. b , c , T17 B) y T18 C) Izquierda, Tasas de error promedio de caracteres sin procesar, caracteres después del modelo de lenguaje y palabras después del modelo de lenguaje mostradas en todas las sesiones. Las marcas numeradas del eje x indican los días de prueba (en relación con la cirugía de colocación de la matriz en el día 0), seguidas de los bloques por día. Cada marcador circular indica un bloque. Derecha, Promedio de caracteres por minuto escritos por cada participante en todas las sesiones por bloque. Las regiones sombreadas indican un IC del 95 %. d , e , T17 D y T18 E decodificación de oraciones de ejemplo en tiempo real durante la escritura libre. Los espacios se indican con el signo mayor que ('>'). Los caracteres rojos indican errores, y los caracteres azules debajo de los incorrectos indican el segundo carácter más probable predicho por la RNNNature Neuroscience

Comparación con otras técnicas

La comparación con otros enfoques, como la decodificación de escritura manuscrita imaginada, mostró diferencias importantes. En los sistemas basados en la reproducción mental de trazos manuscritos, los errores suelen concentrarse en letras con formas semejantes, lo que complica la tarea de los modelos de lenguaje que corrigen la salida final. En cambio, en el teclado QWERTY los fallos tienden a darse entre teclas cercanas, un patrón más previsible y más fácil de corregir automáticamente. Esa diferencia contribuyó a que la interfaz alcanzara una velocidad y una precisión que se acercan a las de la escritura convencional en teclados físicos.

El trabajo también exploró cómo influye la configuración del implante en el rendimiento. El participante que alcanzó la mayor velocidad tenía seis matrices de microelectrodos distribuidas entre ambos hemisferios de la corteza motora, con un total de 384 canales de registro. Esa cobertura permitía una lectura más completa de los patrones neuronales vinculados a los 10 dedos. El otro participante tenía un número menor de electrodos implantados en un solo hemisferio, lo que se reflejó en una velocidad más baja, aunque igualmente útil para la interacción cotidiana. Los autores señalaron que la capacidad de decodificar movimientos de ambas manos desde un solo hemisferio es una ventaja, ya que podría facilitar el uso del sistema en personas que no puedan recibir implantes bilaterales.

El objetivo final de este tipo de desarrollos es ofrecer una alternativa de comunicación para personas que hoy dependen de métodos lentos o físicamente desgastantes. Muchos usuarios con lesión medular emplean sistemas de seguimiento ocular, que pueden resultar cansadores y menos precisos, mientras que quienes tienen enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica suelen utilizar tableros de letras que requieren confirmaciones sucesivas para construir una palabra. Este tipo de interfaces promete una interacción más rápida, silenciosa y privada, con la posibilidad de integrarse con mensajería, correo electrónico o herramientas de sintetización de voz. El equipo prevé que, en el futuro, el sistema podría incorporar gestos imaginados que permitan cambiar tipos de teclas, acceder a números o activar funciones adicionales como el borrado.

Los investigadores subrayaron que se trata de un estudio experimental y que su uso generalizado depende de superar varios desafíos, entre ellos la duración a largo plazo de los implantes, la reducción del número de electrodos necesarios y la posibilidad de simplificar los procedimientos de calibración para que un usuario pueda emplear el sistema sin asistencia permanente de un especialista. También advirtieron que, por tratarse de una implantación invasiva, su uso debe evaluarse caso por caso y considerar los riesgos quirúrgicos. A pesar de esas limitaciones, el trabajo demuestra que la actividad cerebral asociada a la intención de teclear puede convertirse en texto rápido y preciso, incluso en personas que hace años no pueden mover sus manos.

El avance abre la posibilidad de reconstruir un canal de comunicación directo para quienes perdieron la movilidad y el habla. Para muchas personas con parálisis severa, la capacidad de formular una frase completa sin depender de otra persona representa una diferencia sustancial en su autonomía. El estudio muestra que un movimiento imaginado, que no llega a traducirse en acción física, puede transformarse en palabras y recuperar un modo de interacción que antes estaba completamente vedado.

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