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  • Neuralink: lo que hay detrás y el futuro de implantes cerebrales como el creado por Elon Musk

    El mundo acaba de conocer que una de las múltiples empresas de Elon Musk, Neuralink, ha implantado un chip cerebral en, al menos, un paciente. Del paciente se desconoce casi todo, salvo que podría padecer una parálisis por lesión en la médula espinal, o quizá por ELA.

    Después de varios años en desarrollo, y de diversas pruebas insertando un dispositivo similar en animales como cerdos o monos, Neuralink lo ha probado en humanos, objetivo último y prioritario de todos los desarrollos de estimulación intracraneales.

    Telepatía, uno entre tantos

    Elon Musk ha llamado a este dispositivo Telepathy (Telepatía, en español), comunicando, con una potente metáfora, lo que permitirán este tipo de implantes cerebrales. Musk no duda que la telepatía será un hecho, y anuncia que el paciente podrá hacer llamadas telefónicas, manejar un ordenador o comunicarse sin mover sus propios músculos, que se hallan comprometidos. Lo hará, sencillamente,_ pensando_.

    Pero lo que presenta ahora Elon Musk no es nada nuevo desde el punto de vista del desarrollo científico. Nada que los investigadores no conocieran ya. Nada que otras empresas no hayan desarrollado y probado en muchos, cientos, de laboratorios de todo el mundo.

    Los dispositivos intracerebrales que ya están en uso

    La inserción de electrodos intracerebrales es una técnica que tiene décadas de recorrido y se está utilizando, desde hace tiempo, en el tratamiento de diversos trastornos, desde los más puramente neurológicos hasta los psiquiátricos o de la mente.

    La neurocirugía con inserción de dispositivos de estimulación de y/o de atenuación o inhibición neurológica se usa ya regularmente y de forma exitosa para casos de párkinson, temblores, distonías, epilepsia, síndrome de Tourette (trastorno que se caracteriza por la presencia de tics y movimientos repetidos indeseados), y para el trastorno obsesivo-compulsivo.

    También se recurre a chips intracraneales en casos de depresión, dolor crónico, adicciones, e incluso demencia y obesidad.

    Ensayos de telepatía

    Ya se han realizado con éxito, utilizando electrodos similares, interesantes experimentos de “telepatía” que tratan de “leer” la actividad cerebral y traducirla en órdenes.

    Un total de 29 personas dieron su consentimiento para un extraño experimento: mientras les operaban en el cerebro para tratar su epilepsia, escucharon en el quirófano Another Brick on the Wall, de Pink Floyd. Mientras ocurría, se grabaron las ondas cerebrales, la actividad eléctrica de las regiones del cerebro sintonizadas con el tono, el ritmo, la armonía y la letra de la canción. Diez años después, en el laboratorio, los investigadores de la Universidad de Berlín que idearon la investigación revisaron las grabaciones y decodificaron. Anteriores trabajos ya habían conseguido crear un sistema capaz de discernir entre estilos musicales leyendo solo las ondas cerebrales. Pero con Pink Floyd dieron un paso más: a partir de las grabaciones, pudieron leer frases completas de la canción totalmente reconocibles.

    También son numerosos los ejemplos de experimentos como el anterior, la mayoría aún con carácter experimental, que han demostrado tener éxito en pacientes con distintos tipos de parálisis.

    Afectar a las neuronas con impulsos eléctricos

    Las neuronas, nuestras principales células cerebrales, son básicamente dispositivos electroquímicos. Para comunicarse entre sí utilizan sustancias químicas. De ahí que mediante la farmacología podamos intervenir, de manera más o menos directa, en trastornos que afectan al cerebro, como la depresión.

    Pero para que la química funcione, las neuronas tienen que activarse. La actividad química no tendría lugar sin las corrientes eléctricas que generan y recorren las propias neuronas. Por eso podemos también alterar su funcionamiento mediante impulsos eléctricos. Podemos pensar en “reestablecer” la corriente, resetearnos o cambiar de onda con pulsos eléctricos que traten la depresión o el dolor, por ejemplo. Tratamientos con pulsos eléctricos para lo mismo que hasta este momento se usan fármacos.

    Existen varias formas de hacer esto, y algunas son poco o nada invasivas (no se meten dentro del cerebro), como la estimulación magnética transcraneal o la colocación de electrodos en el cuero cabelludo. Pero no son tan precisas como estimular directamente el cerebro. Ganamos precisión y, sin duda, efectividad, si nos metemos “dentro” de la cabeza, si conectamos los electrodos directamente en el cerebro.

    Volver a leer un libro

    La estimulación cerebral profunda y el registro directo de la actividad cerebral están dando saltos de gigante en los últimos años. Y esto se debe a una confluencia fortuita de factores.

    Para empezar, los enormes avances en inteligencia artificial (IA). Gracias a estos algoritmos, que aprenden de la experiencia y que mejoran en sus ajustes en sucesivos ensayos, la estimulación cerebral profunda y la lectura de la actividad cerebral intracerebral están consiguiendo hitos antes inimaginables.

    La revista Nature recogió recientemente un interesante estudio con cinco pacientes con graves problemas cognitivos de atención y memoria, fruto de una lesión en las conexiones fronto-estriatales del cerebro. Tras estimular una parte del tálamo (núcleo central lateral), mejoraban visiblemente. Por fin podían leer libros o ver películas sin perder el hilo.

    Los algoritmos de IA necesitaron semanas para aprender a proporcionar la descarga eléctrica en el momento y la medida justos, pero el esfuerzo mereció la pena. Tanto, que algún paciente pidió que no le apagaran el dispositivo, algo que era necesario para el control experimental.

    Hace unos meses se publicaron dos artículos en Nature que mostraban cómo pacientes con ELA avanzado, o con parálisis por otras causas,, podían volver a hablar. Un dispositivo intracerebral leía su actividad en diversas áreas, entre ellas las del habla, y lo traducía a sonidos que emitía un altavoz, que además emulaba su voz original.

    En un futuro no inmediato podremos “ver” directamente lo que imagina un paciente, algo en lo que se está trabajando. Y suma y sigue. Y todo esto, al margen de Musk y su Neuralink.

    Elon Musk y las puertas del dinero

    Pero hay otro factor que sin duda está contribuyendo a los enormes avances que estamos viviendo en los últimos años, y aquí sí que tiene mucho que ver Elon Musk. No ha descubierto la pólvora con Telepatía, pero sí está incentivando la competencia empresarial y una gran inversión económica para mejorar los productos con los que podemos estimular y leer la actividad cerebral.

    Su dispositivo actual es inalámbrico, y se disimula muy bien una vez insertado, dos avances importantes para el bienestar de los pacientes. Además, su empresa ha desarrollado un método de implantación mediante cirugía robotizada, lo que reduce considerablemente el riesgo de errores humanos.

    Lo indiscutible es que Elon Musk proporciona mucha visibilidad. Todo el mundo está pendiente de lo que hace o dice el magnate. Por eso, que Elon Musk se haya embarcado en esta aventura hace que esta tecnología sea conocida y se convierta en un foco de atención social. Y esto puede ser muy beneficioso.The Conversation

    Manuel Martin-Loeches Garrido, Catedrático de Psicobiología, Universidad Complutense de Madrid

    Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

  • Samsung se aventura a ‘copiar y pegar’ el cerebro en redes de chips 3D

    Samsung ha anunciado una nueva forma de aplicar ingeniería inversa al cerebro humano e imitarlo con chips semiconductores.

    El mayor fabricante de chips de memoria del mundo ha colaborado con investigadores de la Universidad de Harvard para compartir un nuevo enfoque que lleva al mundo un paso más cerca de la fabricación de chips neuromórfico.

    El cerebro tiene una gran cantidad de neuronas y su mapa de cableado es responsable de toda la potencia de cálculo y la memoria. Si ese mapa puede someterse a ingeniería inversa, se puede lograr mucho imitando el cerebro. La matriz de nanoelectrodos puede ingresar a una gran cantidad de neuronas y registrar sus señales eléctricas con alta sensibilidad. El registro de estas conexiones intracelulares informa dónde se conectan las neuronas y qué tan fuertes son esas señales.

    Samsung cree que tiene una nueva manera de desarrollar chips con forma de cerebro: tomar prestadas las estructuras cerebrales existentes mediante un método que «copiaría y pegaría» el mapa de cableado de neuronas del cerebro en chips neuromórficos 3D.

    La matriz de Samsung capturaría «grabaciones intracelulares masivamente paralelas», a partir de las cuales se crearía el mapa de cableado de neuronas. El mapa mostraría no solo las conexiones entre todas las neuronas, sino también sus fortalezas relativas. Una vez establecido lo anterior, se realizaría la copia, los investigadores deben implementar la operación ‘pegar’. La destreza en ingeniería de Samsung entra en juego aquí, utilizando su tecnología de chip de memoria 3D, especialmente sus tecnologías no volátiles utilizadas en productos tecnológicos como SSD o RRAM.

    La grabación del mapa cerebral se ‘pegaría’ en esta memoria, con la conductancia representada en la fuerza de cada conexión neuronal en el mapa copiado. Al compartir más conocimientos y experiencia, los investigadores sugieren que la estrategia de implementación incluye pegar rápidamente el mapa de cableado neuronal en una red de memoria diseñada a partir de la memoria NV para construir el chip neuromórfico. El resultado sería un retorno efectivo a la «ingeniería inversa del cerebro» como los científicos querían originalmente, dijo Samsung.

    Una vez que se completen los procesos anteriores, Samsung dice que el cerebro copiado y pegado representará un paso importante en la computación neuromórfica, ofreciendo baja potencia, aprendizaje fácil, adaptación al entorno e incluso autonomía y cognición, propiedades que están mucho más allá del alcance de la tecnología actual.

    La medida podría servir como un ‘atajo’ para los sistemas de inteligencia artificial que se comportan como cerebros reales, incluida la flexibilidad para aprender nuevos conceptos y adaptarse a las condiciones cambiantes. Incluso podría ver máquinas completamente autónomas con cognición verdadera, según los investigadores.

    Samsung planea continuar investigando sobre dichos chips para lograr un gran avance en inteligencia artificial y chips semiconductores. Sin embargo, un cerebro tiene aproximadamente 100 mil millones de neuronas con mil veces más enlaces sinápticos, por lo que un chip neuromórfico ideal necesitaría alrededor de 100 billones de unidades de memoria. Eso es claramente un desafío, y eso no incluye el código necesario para que este cerebro virtual funcione.

    Es posible que Samsung haya abierto una puerta a la inteligencia artificial similar a la humana, pero podría pasar todavía tiempo antes de que la compañía alcance su objetivo. En palabras de Donhee Ham, miembro del Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung (SAIT) y profesor de la Universidad de Harvard dijo: “La visión que presentamos es muy ambiciosa, pero trabajar hacia un objetivo tan heroico traspasará los límites de la inteligencia artificial, la neurociencia y la tecnología de semiconductores.»

  • Implante cerebral informático podría aliviar el dolor crónico según un nuevo estudio

    Un implante cerebral informátido alivia eficazmente el dolor crónico y de corta duración en roedores, según un nuevo estudio.

    Los experimentos, llevados a cabo por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York, ofrecen lo que los investigadores denominan un «modelo» para el desarrollo de implantes cerebrales destinados a tratar síndromes de dolor y otros trastornos cerebrales, como la ansiedad, la depresión y los ataques de pánico.

    Publicado el 21 de junio en la revista Nature Biomedical Engineering, el estudio demostró que las ratas a las que se les había implantado el dispositivo retiraban sus patas un 40 por ciento más lentamente ante un dolor repentino, en comparación con los momentos en los que el dispositivo estaba apagado. Según los autores del estudio, esto sugiere que el dispositivo redujo la intensidad del dolor que experimentaron los roedores. Además, los animales que sufrían un dolor repentino o continuo pasaban aproximadamente dos tercios más de tiempo en una cámara en la que el dispositivo controlado por ordenador estaba encendido que en una cámara en la que no lo estaba.

    Los investigadores afirman que la investigación es la primera que utiliza un implante cerebral informático para detectar y aliviar brotes de dolor en tiempo real. El dispositivo es también el primero de su clase que se dirige al dolor crónico, que a menudo se produce sin ser provocado por un desencadenante conocido, dicen los autores del estudio.

    «Nuestros resultados demuestran que este implante ofrece una estrategia eficaz para el tratamiento del dolor, incluso en los casos en que los síntomas son tradicionalmente difíciles de localizar o controlar», afirma el autor principal del estudio, el doctor Jing Wang, profesor asociado del doctor Valentino D.B. Mazzia y vicepresidente de investigación clínica y traslacional del Departamento de Anestesiología, Cuidados Perioperatorios y Medicina del Dolor de la NYU Langone.

    Se calcula que el dolor crónico afecta a uno de cada cuatro adultos en Estados Unidos, pero hasta ahora los tratamientos seguros y fiables han sido difíciles de encontrar, dice el Dr. Wang, que también es director del Programa Interdisciplinario de Investigación del Dolor de la NYU Langone. Especialmente en el caso del dolor que reaparece, las terapias actuales, como los opiáceos, suelen perder eficacia con el paso del tiempo, ya que las personas se desensibilizan al tratamiento. Además, fármacos como los opioides activan los centros de recompensa del cerebro para crear sensaciones de placer que pueden conducir a la adicción.

    Cómo funciona el dispositivo

    Los implantes cerebrales informatizados, investigados anteriormente para prevenir ataques epilépticos y controlar dispositivos protésicos, pueden evitar muchos de estos problemas, dice el Dr. Wang. La tecnología, conocida como interfaz cerebro-máquina de bucle cerrado, detecta la actividad cerebral en el córtex cingulado anterior, una región del cerebro fundamental para el procesamiento del dolor. A continuación, un ordenador conectado al dispositivo identifica automáticamente patrones eléctricos en el cerebro estrechamente relacionados con el dolor. Cuando se detectan signos de dolor, el ordenador activa la estimulación terapéutica de otra región del cerebro, el córtex prefrontal, para aliviarlo.

    Como el dispositivo sólo se activa en presencia de dolor, dice el Dr. Wang, se reduce el riesgo de uso excesivo y la posibilidad de que se desarrolle tolerancia. Además, como el implante no ofrece ninguna recompensa más allá del alivio del dolor, como hacen los opioides, el riesgo de adicción se reduce al mínimo.

    Cómo se realizó el estudio

    Como parte del estudio, los investigadores instalaron diminutos electrodos en los cerebros de docenas de ratas y luego las expusieron a cantidades cuidadosamente medidas de dolor. Se vigiló de cerca a los animales para ver con qué rapidez se alejaban de la fuente de dolor. De este modo, los investigadores pudieron comprobar con qué frecuencia el dispositivo identificaba correctamente la actividad cerebral basada en el dolor en el córtex cingulado anterior y con qué eficacia podía disminuir la sensación resultante.

    Según los autores del estudio, el implante detectó el dolor con precisión hasta el 80 por ciento de las veces.

    «Nuestros resultados demuestran que este dispositivo puede ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo funciona el dolor en el cerebro», afirma el investigador principal del estudio, Qiaosheng Zhang, doctorado en el Departamento de Anestesiología, Cuidados Perioperatorios y Medicina del Dolor de la NYU Langone. «Además, podría permitirnos encontrar terapias no farmacológicas para otros trastornos neuropsiquiátricos, como la ansiedad, la depresión y el estrés postraumático».

    El Dr. Zhang añade que las propiedades de detección del dolor del implante cerebral podrían mejorarse instalando electrodos en otras regiones del cerebro más allá del córtex cingulado anterior. Advierte, sin embargo, que la tecnología aún no es adecuada para su uso en personas, pero dice que hay planes en marcha para investigar formas menos invasivas con potencial para ser adaptadas al uso humano.