Del Octopus Doctor a la rehabilitación: cómo funcionan las interfaces cerebro-máquina

Cuatro brazos mecánicos se extienden desde la espalda del científico mientras manipula el material radiactivo con una precisión imposible. No utiliza controles, joysticks ni botones. Controla tu tecnología con tu mente.

Cuando el Doctor Octopus apareció por primera vez en los cómics de Spider-Man, y más tarde en las películas, parecía pura fantasía tecnológica. La idea de fusionar mente y máquina se convirtió en un personaje de Marvel, capaz de transformar los pensamientos en movimiento.

Lo más sorprendente es que esta tecnología existe hoy en día, pero tiene un uso completamente diferente. Actualmente se están desarrollando exoesqueletos que, al igual que las manos del Dr. Otto Octavio, utilizan señales neuronales para transformar la intención del usuario de moverse en instrucciones para una máquina. Gracias a las interfaces cerebro-máquina (o BMI, Brain-Machine Interfaces).

Interfaces cerebro-máquina: invasivas o no invasivas

Los IMC utilizados en muchos laboratorios son completamente no invasivos. La actividad cerebral se registra colocando electrodos en el cuero cabelludo mediante un gorro de electroencefalograma (EEG), sin necesidad de cirugía. Otro caso completamente diferente son las interfaces invasivas, como el neurochip NEO recientemente aprobado en China o el implante Neuralink, en cuyo desarrollo Elon Musk lleva décadas invirtiendo.

Los sistemas invasivos permiten registrar señales mucho más precisas directamente desde el cerebro. Gracias a esto, algunos pacientes con parálisis ya han logrado controlar cursores, escribir texto u operar dispositivos digitales únicamente a través de la actividad neuronal. Sin embargo, requieren intervención quirúrgica y presentan desafíos clínicos y éticos adicionales.

Pero no son sólo los productos implantados bajo la piel los que están ampliando los horizontes de la neurotecnología: muchos investigadores siguen optando por métodos no invasivos.

Objetivo: restaurar funciones perdidas

Si bien la idea de máquinas que controlan la mente suena futurista, estas tecnologías no buscan crear superhumanos ni fusionarnos con máquinas al estilo Marvel. El objetivo es mucho más humano: restaurar las funciones perdidas.

Primero, el EEG mide la actividad eléctrica del cerebro. Luego, esta información se procesa mediante algoritmos de inteligencia artificial. Finalmente, la robótica transforma la señal en acciones mecánicas para interactuar con el entorno.

Entre sus usuarios se encuentran pacientes con lesiones medulares, enfermedades neurodegenerativas o amputaciones que conservan la capacidad de generar la intención de moverse, pero la señal no llega a los músculos.

Y no sólo sirven para sustituir funciones, sino también para reparar funciones dañadas.

Cuando el pensamiento vuelve a ser acción

En los últimos años, diversos grupos de investigación han desarrollado un IMC basado en la “imaginación motora”. Este paradigma consiste en imaginar visual y cinestésicamente los movimientos musculares. La neurociencia ha demostrado que imaginar un movimiento activa algunos de los mismos circuitos cerebrales implicados en su ejecución. El cerebro ensaya la acción incluso sin movimiento real.

Durante este proceso, las regiones del cerebro involucradas en la planificación y el control del movimiento, como la corteza premotora, el área motora suplementaria y parte de la corteza motora primaria, muestran patrones de actividad similares a los que aparecen durante la ejecución real del movimiento. En particular, se producen modulaciones en determinados ritmos cerebrales, especialmente en las bandas de frecuencia alfa y beta, que también se observan durante la preparación y ejecución de los movimientos.

Es común en los deportes. Algunos jugadores de baloncesto practican mentalmente los tiros libres antes de acostarse. Imaginan la posición de las manos, el recorrido del balón o el sonido de la red.

Y, si funciona para mejorar el rendimiento en personas sanas, ¿por qué no en pacientes? Esta intención de movimiento activa mecanismos de neuroplasticidad que pueden retardar la degeneración neuromuscular y promover la rehabilitación. Pensar en movimiento también deja huella en nuestras neuronas.

Del laboratorio a la rehabilitación

En el Laboratorio de Interfaz Cerebro-Máquina de la Universidad Miguel Hernández, una de las líneas de investigación más activas se centra en el vínculo entre la imaginación motora y el movimiento asistido. Algunos sistemas combinan señales de EEG con exoesqueletos robóticos de las extremidades inferiores que pueden ayudar a caminar.

Los investigadores están entrenando modelos de inteligencia artificial capaces de identificar patrones cerebrales asociados con la intención del movimiento, lo que permite a la máquina predecir el movimiento.

Así, nuestro trabajo demuestra que es posible detectar la imaginación motora durante el uso de estos dispositivos. Estos sistemas no sólo pretenden mover el robot: también pretenden reforzar la conexión entre las intenciones del cerebro y el movimiento real, algo fundamental en la rehabilitación.

Mucho menos Marvel de lo que parece

A pesar de cómo se retratan en las películas y los cómics, las interfaces cerebro-máquina actuales todavía están lejos de permitir un control perfecto e instantáneo. Analizar las señales cerebrales mientras una persona camina dentro de un exoesqueleto es un desafío técnico importante.

Las señales de EEG son débiles y ruidosas. Parpadear, mover la mandíbula o caminar pueden dificultar el análisis del cerebro. Además, no hay dos cerebros iguales: incluso una misma persona puede mostrar grandes diferencias a lo largo del tiempo.

Por ejemplo, un mismo usuario puede producir patrones claramente reconocibles cuando está descansado, pero generar señales mucho más erráticas si está cansado, distraído o incluso después de tomar café.

Debido a estas diferencias surge la principal dificultad del IMC: la capacidad de generalizar. El cerebro es un órgano variable y cambiante, aunque muchos estudios centran sus esfuerzos en encontrar patrones comunes y adaptativos que puedan hacer que el IMC funcione independientemente de quién lo impulse.

En este sentido, no cabe duda de que las tecnologías basadas en inteligencia artificial y aprendizaje profundo son y serán de gran ayuda para el desarrollo de estos sistemas.

Durante décadas, las interfaces neuronales fueron dominio exclusivo de la ciencia ficción, como los tentáculos controlados mentalmente del Doctor Octopus. Quizás su futuro no tenga tanto que ver con dejar de ser humanos, sino con la posibilidad de seguir siéndolo.