Las interfaces cerebro-computadora, o BCI, tienen un enorme potencial para personas con una amplia gama de afecciones neurológicas, pero el camino hacia la implementación de versiones invasivas y no invasivas de la tecnología es largo y significativo. Ben Hei, de la Universidad Carnegie Mellon, es muy activo en la mejora de las BCI no invasivas, y su laboratorio utiliza un innovador dispositivo portátil de electroencefalograma (EEG) para ampliar los límites de lo posible. Por primera vez desde que se tiene registro, el grupo integró con éxito un novedoso estímulo de ultrasonido enfocado en un BCI bidireccional que codifica y decodifica ondas cerebrales mediante el aprendizaje automático en un estudio con 25 sujetos humanos. Este trabajo no sólo abre una nueva vía para mejorar significativamente la calidad de la señal, sino que también mejora el rendimiento general imparcial de BCI mediante la estimulación de circuitos neuronales específicos.
La BCI no invasiva es elogiada por sus virtudes de ser barata, segura y aplicable a prácticamente todo el mundo, pero como las señales se registran dentro del cerebro y no en el cuero cabelludo, la baja calidad de la señal presenta algunas limitaciones. El grupo está buscando formas de mejorar la eficacia de las BCI no invasivas y, con el tiempo, ha utilizado métodos de aprendizaje profundo para decodificar los pensamientos de una persona y luego controlar un cursor o un brazo robótico.
En su última investigación publicada en comunicación de la naturaleza, Este grupo demostró que mediante una neuromodulación precisamente no invasiva mediante ultrasonido enfocado, se puede mejorar el rendimiento de BCI para la comunicación.
“Este artículo informa un avance en las BCI no invasivas al integrar un nuevo estímulo de ultrasonido enfocado para realizar la funcionalidad de BCI bilateral”, explicó Bin He, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad Carnegie Mellon. “Usando una prótesis de comunicación, 25 sujetos humanos escribieron oraciones como “Carnegie Mellon” usando un deletreador BCI. Nuestros resultados muestran que la adición de neuromodulación ultrasónica enfocada mejoró significativamente el rendimiento de un BCI basado en EEG. Ha aumentado la atención y mejorado el rendimiento de BCI.”
Para contextualizar, un deletreador BCI es una ayuda de movimiento visual de 6×6 que contiene el alfabeto completo que comúnmente usan las personas que no hablan para comunicarse. En su estudio, los sujetos llevaban una gorra EEG y podían generar señales EEG para deletrear las palabras objetivo, simplemente mirando las letras. Cuando se aplicó un haz de ultrasonido enfocado externamente al área V5 del cerebro (parte de la corteza visual), el rendimiento de la BCI no invasiva mejoró enormemente entre los sujetos. BCI integrado con neuromodulación cambia activamente la participación de los circuitos neuronales para maximizar el rendimiento de BCI, en comparación con usos anteriores, que implicaban procesamiento y decodificación puros de señales grabadas.
“La Brain Initiative ha apoyado más de 60 proyectos de ultrasonido desde su inicio. Esta aplicación única de tecnologías de modulación y grabación no invasivas amplía el conjunto de herramientas, que apoya a las personas que viven con discapacidades de comunicación, con un impacto potencialmente escalable”, dijo la Dra. Grace Huang, director de programa. En la iniciativa Advancing Innovative Neurotechnology® (The Brain Initiative) de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) a través de la investigación del cerebro.
Tras este descubrimiento, el laboratorio He está investigando más a fondo los méritos y las aplicaciones de la neuromodulación por ultrasonido centrada en el cerebro, más allá del sistema visual, para aumentar las BCI no invasivas. Su objetivo es desarrollar un dispositivo de neuromodulación de ultrasonido enfocado más compacto para una mejor integración con BCI basados en EEG e integrar IA para mejorar el rendimiento general del sistema.
“Este es mi interés de toda la vida y nunca me rendiré”, afirmó. “Trabajar para mejorar la tecnología no invasiva es difícil, pero creo firmemente que si podemos encontrar una manera de hacer que funcione, todos se beneficiarán. Seguiré trabajando y algún día, la tecnología no invasiva que salve vidas estará disponible al alcance de todos los hogares.”
