Una silla de ruedas controlada con el pensamiento

La empresa Interactive Dynamics y la Fundación Rosarina de Neuro-Rehabilitación  presentan el día viernes 26 de julio a las 19 hs, en el salón auditorio de la Fundación (Leandro N. Alem 1416), una silla de ruedas controlada por señales eléctricas que produce el cerebro.

Esta iniciativa surge del trabajo conjunto que vienen realizando estas dos entidades, aplicando las últimas tecnologías al campo de las neurociencias, especialmente, aquellas que puedan mejorar la calidad de vida de personas con afecciones neurológicas discapacitantes. Es por ello que a finales de 2012, ambas instituciones firmaron un convenio de trabajo conjunto con el objetivo de desarrollar Neurotecnología en Rosario, mediante la puesta en marcha de una silla de ruedas eléctrica capaz de ser controlada y manejada mediante la utilización de interfaces cerebro-computadora, pensada especialmente para ser utilizada en la rehabilitación de pacientes con patologías neurológicas.

Mediante el desarrollo de una tecnología de punta en materia de hardware y software, capaz de permitir una estrecha interacción entre la computadora y el hombre por un lado, y con el conocimiento de los fenómenos electrofisiológicos cerebrales, de aprendizaje y de permanente readaptación del sistema nervioso por el otro, se fue construyendo este proyecto con la principal motivación de contribuir a mejorar la autonomía en la vida cotidiana de muchas personas.

 

El avance de las tecnologías. Las interfaces cerebro-computadora

Reducir las barreras comunicacionales y de integración que separan a personas con diferentes discapacidades ha sido una preocupación de la sociedad desde hace varias  décadas.

A partir del avance de las tecnologías se pueden desarrollar herramientas que ayuden a los pacientes neurológicos a expresarse por sí mismos y a estar en contacto de una forma dinámica con el mundo que los rodea.

Hoy, nuevos dispositivos permiten detectar con precisión el movimiento de ojos y cabeza, posibilitando comandar una computadora sin necesidad de utilizar las manos.

La lectura de ondas cerebrales, mediante un proceso basado en la electroencefalografía computarizada, ha llegado al punto de evolución tal que brinda la posibilidad de funcionar como dispositivo de mando remoto.

Las interfaces por definición son elementos de conexión entre dos sistemas que permiten el intercambio de datos. Las interfaces  cerebro – computadora permiten que, desde una computadora, se detecten diferentes actividades cerebrales asociadas a pensamientos, emociones o a una sutil actividad muscular y que, por medio de un software de análisis especialmente desarrollado, las mismas se traduzcan en comandos que permiten ejecutar una acción, dando como resultado la posibilidad de interactuar con el mundo digital. 

Desde un punto de vista de interacción hombre-máquina, esta tecnología tiene dos características que la hacen única frente a todos los sistemas existentes. La primera de ellas es su potencial para construir un canal de comunicación natural con el hombre, la segunda es su potencial acceso a la información cognitiva y emocional del usuario.

Por consiguiente, se abre un universo ilimitado de posibilidades no solo en el campo de la rehabilitación de las diversas discapacidades motoras, sino además, en el mayor conocimiento y la re-educación de otras funciones de la mente, como la atención, la memoria y la comprensión.

Las aplicaciones en este tan vasto terreno se encuentran dentro de lo que hoy llamamos neurotecnología y dan la posibilidad a personas con limitaciones físicas de controlar, por ejemplo, una silla de ruedas.

 

La silla de ruedas controlada por el cerebro

Este desarrollo surge de la adaptación y transformación de una silla de ruedas eléctrica, existente en el mercado, ejecutada manualmente por un mando electrónico de tipo joystick, a una silla de ruedas controlada por el cerebro.

Este cambio en la modalidad de control se logra a partir de la instalación, en la silla de ruedas, de una unidad de procesamiento y control de las señales que emite el cerebro, que reemplaza al joystick.

En efecto, las señales eléctricas cerebrales son capturadas por un “casco” colocado en la cabeza del paciente, el cual transmite parte de la actividad cerebral por ondas de radiofrecuencia (señales inalámbricas) a una computadora equipada con un software, capaz de decodificar primero y transformar después dichas señales en otras específicas para activar los controles de la silla de ruedas.

El equipamiento entonces, se compone de una silla de ruedas con mando electrónico modificada, una notebook equipada con programas específicos adosada a la silla y un equipo de registro y decodificación de las señales eléctricas cerebrales llamado interfaz cerebro-computadora. 

Además esta silla posee sensores de detección de obstáculos adelante y atrás, que permiten aumentar el nivel de seguridad de la misma, deteniéndose automáticamente ante escalones u objetos que puedan golpear al paciente. Este mecanismo, es similar al que poseen los automóviles modernos para evitar golpear obstáculos al momento de estacionar el vehículo.

El sistema está programado de forma tal que ante diferentes estrategias de pensamiento, o con pequeños movimientos faciales, como cerrar los ojos, levantar las cejas, apretar los dientes o mover los labios,la silla se mueva en la dirección indicada.

Posee cinco comandos: adelante, atrás, derecha, izquierda y parada. Ante cada comando, la silla se desplaza en la dirección deseada por el conductor, y hasta que este decida terminar con el movimiento.

Para ello, Interactive Dynamics desarrolló un sistema de navegación que permite que la silla pueda ser controlada por comandos provenientes de diferentes fuentes en simultáneo, de forma de poder ser adaptado a cada persona según sus posibilidades. Se puede controlar por medio de la voz (con órdenes de tipo “girar derecha” o “parar”), por medio de movimientos faciales (guiños de ojos, movimientos de las cejas, la boca, etc.), por medio de movimientos de la cabeza hacia los lados, arriba y abajo (con sensores giroscópicos), y lo más importante, por medio de comandos cognitivos o pensamientos. Para lograr esto último, primero se debe entrenar el sistema y para ello, la persona piensa determinadas situaciones, por ejemplo mentalmente intenta empujar un objeto, o trata de levantarlo. Entonces, el sistema registra ese momento de unos pocos segundos y luego se lo entrena para poder detectar ese patrón de pensamiento cada vez que suceda. Ese patrón se debe asociar a un movimiento de la silla, con lo cual, cada vez que se detecte que el usuario está pensando en “empujar”, la silla puede navegar hacia adelante.

 

Adaptación y uso de la silla de ruedas

Desde hace unos meses, se comenzó a trabajar en voluntarios sanos primero y posteriormente en pacientes voluntarios en la Fundación Rosarina de Neurorehabilitación, realizando los ajustes y cambios necesarios para poner a punto el equipo según las necesidades y requerimientos que presenta cada persona en particular, así como los programas y rutinas de rehabilitación también adaptados según las posibilidades de cada sujeto.

Se trata de una tarea cuidadosa y ajustada a las potencialidades de cada persona, a la actividad cerebral diferente de cada uno, a la capacidad de aprendizaje individual, a la motivación personal, entre otros factores condicionantes.

Todas estas variables obligan a respetar rigurosamente la singularidad de cada persona, tal es así, que se debe programar el software “a medida de cada usuario” y re-entrenando periódicamente según se va modificando su “neuroplasticidad” y consiguientemente su actividad eléctrica cerebral.

En sentido figurado, tenemos dos “software” que deben trabajar coordinadamente, uno es el “programa” del cerebro, el cual es sumamente dinámico, con permanentes cambios, y el otro, el de la computadora, que debe tener la enorme capacidad de acomodarse a esta “dinámica cerebral”.

 

Un futuro no muy lejano de accesibilidad

Si bien las interfaces cerebro-computadora (reconocidas mundialmente como BCI, del inglés Brain Computer Interface) no son nuevas, ya que las mismas están siendo exploradas desde los años 70, es en las últimas décadas que han experimentado un  avance sorprendente convirtiéndolas en productos confiables, estables y accesibles, capaces de estar a la altura de los desafíos que se proponen los diversos sectores de la sociedad.

El desarrollo de la neurotecnología localmente y la aplicación de este tipo de tecnologías, en particular, posibilitará una mayor inclusión de personas que tienen dificultades de movilidad o comunicación con el mundo que las rodea.

Así es posible la realización de situaciones trascendentes, como la de una persona que, imposibilitada de comunicarse con palabras, escritura o gestos, puede plasmar un mensaje visible en un monitor, o momentos más cotidianos como buscar un número telefónico o controlar artefactos del hogar o escribir y enviar correos electrónicos.

De todos modos, es necesario aclarar, que muchas de estas aplicaciones están limitadas a ciertos tipos de afecciones neurológicas en donde existen las mínimas condiciones intelectuales necesarias para operar estos instrumentos y no todo enfermo puede acceder hoy en día a esta tecnología.

Por ejemplo, personas con una visión muy disminuida o con un importante déficit de sus funciones cognitivas tienen un acceso sumamente restringido a las BCI.

El desafío para los años próximos es optimizar el método de modo tal que un mayor número de enfermos se beneficien con esta magnífica herramienta terapéutica.

La evolución de la silla desarrollada, correrá por diversos andariveles de forma simultánea. Por un lado, en lo que hace a la automatización o robotización de la silla, de forma de conocer mejor el medio ambiente y lo que sucede en él. Esto no es solo con el objeto de brindar más seguridad, sino también para sumar inteligencia para desplazarse mejor en diferentes escenarios, como pasillos estrechos, o lugares con muchos obstáculos. Por otro lado también, es un desafío ampliar la cantidad de comandos interpretados provenientes del cerebro, lo que permitiría una mejor “navegación” o comunicación. Todo esto debe ser acompañado con el conocimiento profesional de las diferentes discapacidades y las particularidades de cada paciente. No es posible trabajar sólo sobre los aspectos tecnológicos, sino se estaría observando el problema con un solo ojo, sino que también es fundamental el aspecto humano y la adaptación al usuario final del sistema.

 

El futuro de las BCI

Los diversos avances recientes en neurociencia y neurotecnología, que parecen multiplicarse exponencialmente, sin duda muestran una tendencia clara de la comunidad científica, por desentrañar los enigmas del cerebro, un órgano que por muchos años se consideró una “caja negra”. ¿Hasta dónde será posible llegar?, por ahora es un problema mayormente tecnológico y depende de su evolución natural. Pero los principales límites serán dados por parámetros culturales o éticos, y dependerá de hasta dónde nos permitamos como humanos llegar. Las interfaces cerebro-computadora con métodos no invasivos (electrodos colocados en diferentes zonas de la cabeza) ya están entre nosotros desde hace tiempo. Pero en pocos años, veremos un crecimiento en el uso de implantes, que ya se utilizan, aunque en menor medida y los cuales permiten una conexión mucho más directa entre una computadora y el cerebro. El uso de implantes no solo implica interpretar mejor las ondas cerebrales, sino que el desafío está en influir directamente en el cerebro, permitiendo un ida y vuelta, o mejor dicho, bidireccionalidad de la información. Es por ello, que ya se comienza a hablar de cerebros “ampliados”, donde se aprovecharía lo mejor de los dos mundos: El cerebro, con su plasticidad e inigualable (hasta ahora) capacidad de procesar la información de forma paralela y difusa, gracias a sus millones de interconexiones neuronales, y por otro lado, la increíble velocidad de los procesadores digitales y su enorme capacidad de cálculo.