Hace poco más de un siglo el cerebro era como un continente que acabábamos de descubrir, pero no se nos negaba acceso a su interior. La tecnología aún no estaba preparada para mapear en detalle los valles y meandros de las neuronas, los neurólogos apostaban qué zonas del cerebro regían las distintas facultades corporales y mentales sin mucha precisión. Luego comenzaron a avanzar tecnologías médicas como los scanner y el MRI, a partir de los cuales pudimos echar un vistazo, aunque algo distorsionado, en tiempo real de lo que ocurre al interior de nuestro cráneo. Algo captamos, nuestra comprensión de algunas enfermedades y problemas neurológicos fue creciendo y volviéndose protagónica. Durante la segunda parte del siglo pasado comprendimos que el cerebro no solo es vital, sino que su agencia se expande y relaciona con casi todos nuestros procesos orgánicos y mentales, desde la digestión, hasta tocar el violín o ver ilusiones ópticas y pensar en el futuro, nada quedaba fuera de su dominio.
Todo apunta a que en este siglo vamos a sumergirnos más que nunca en las redes neuronales, comprendiendo con mayor precisión y velocidad qué ocurre efectivamente en nuestra cabeza. Lo que era un continente ignoto hoy parece un complejo sistema plagado de ciudades y rutas de conexión, 86 billones de neuronas entrelazadas en peculiares formas y asombrosas cantidades. Hemos entrado al interior de la cabeza, puesto micrófonos en forma de electrodos y escuchado como se gatillan las sinapsis neuronales en el mismo lugar en que suceden. Eso comenzó a ocurrir durante la década de los noventa, gracias a una nueva tecnología, las interfaces cerebro-computador, o BCI, por sus siglas en inglés. En este artículo de NeuraPod en castellano repasaremos el estado actual de varios emprendimientos del rubro de las BCI que le hacen la competencia a Neuralink, la empresa fundada por Elon Musk que vino a sacudir y acelerar el cambo de investigación y producción de estas tecnologías con el potencial de transformar la salud del cerebro y, eventualmente, incluso redefinir nuestras capacidades cognitivas, cambiando lo que significa ser humanos.
Para comenzar tenemos que nombrar al abuelo de las actuales BCI, el Utah Array es un diminuto cuadrado de silicio del que salen 100 agujas. Son agujas diseñadas para ser introducidas directamente en el cerebro, y han convertido a la matriz en el estándar de oro para la transmisión de señales eléctricas desde el cerebro a un ordenador. Desarrollado en la Universidad de Utah en 1992, era, hasta el año pasado, el único BCI aprobado por la FDA. Cada una de sus agujas puede, en teoría, registrar la actividad eléctrica de una sola neurona. Los datos se transmiten a través de un cable a una unidad de procesamiento que se coloca sobre el cráneo de la persona, con un cable grueso que suministra energía y datos. El sistema se ha utilizado para ayudar a los parapléjicos a "teclear" moviendo un cursor, para seleccionar letras en la pantalla de un ordenador y para recoger objetos con extremidades robóticas.
Blackrock Neurotech
Fundada en 2008 y con sede en Salt Lake City (Utah), Blackrock Neurotech lleva más de una década vendiendo hardware y software a la comunidad de investigadores en neurociencia. Blackrock Neurotech fue fundada por Marcus Gerhardt y Florian Solzbacher, ambos alemanes que estudiaron en la Universidad de Oxford y en la Universidad Técnica de Ilmenau, respectivamente. Ambos, Marcus y Florian, son emprendedores en serie. Fundaron Blackrock's mientras Solzbacher trabajaba como profesor en la Universidad de Utah. Una particularidad es que parecen estar a la vanguardia de los dispositivos implantables en el ámbito académico y médico y han acumulado una enorme cantidad de conocimientos técnicos en neurociencia a lo largo de los años.
La empresa ha publicado estudios emblemáticos como Alcance y agarre de personas con tetraplejia utilizando un brazo robótico controlado neuralmente (2012). Blackrock Neurotech ha afirmado que ya ha instalado su tecnología BCI en 31 pacientes de Estados Unidos, China y Europa, además de en roedores y primates. La empresa, por su parte, se ha convertido rápidamente en líder del sector. Sus tecnologías se utilizan en más de 500 lugares de todo el mundo, como la Universidad de Brown, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Oxford y Tsinghua (Pekín).
Según Pitchbook son rentables desde 2015 o al menos esto es lo que podemos concluir de los datos disponibles públicamente. La empresa se ha centrado casi por completo en el ámbito académico y en dispositivos médicos para restaurar la pérdida de funciones en pacientes humanos, y ahora parece dar el salto para crear su propia interfaz cerebro-ordenador para rivalizar con Neuralink.
Hace poco obtuvieron la licencia de una tecnología del prestigioso Centro Wyss de Suiza para aprovechar y hacer crecer su propio ecosistema de análisis de datos a través de múltiples dispositivos, como dijo el Dr. David Ibáñez, científico de la interfaz cerebro-máquina del Centro Wyss:
"Una de las limitaciones de las aplicaciones de procesamiento de señales neuronales es que no existe una plataforma de software única que funcione directamente con los múltiples dispositivos que recogen señales cerebrales. Los investigadores y los médicos tienen que desarrollar su propio software para analizar las señales de un paciente, lo que limita la eficacia y ralentiza la aplicación de soluciones a la clínica".
Estas son algunas de las alianzas estratégicas que Blackrock Neurotech lleva realizando desde hace más de una década, y es probable que les proporcione beneficios, sobre todo, si consiguen crear y comercializar sus propios dispositivos BCI.
Todo parece apuntar a que 2022 será un gran año para esta empresa respaldada por Peter Thiel, ya que trabaja con la Administración Federal de Medicamentos para aprobar su dispositivo BCI más reciente, que a su vez se basa en un dispositivo más antiguo aprobado por la FDA que se ha utilizado en varios ensayos clínicos. Si bien dispositivo de Neuralink puede registrar más actividad cerebral que el de Blackrock, éste lleva funcionando más de una década y ha demostrado su viabilidad, al ser implantado en más de treinta personas. La tecnología se basa en los dispositivos Utah Array de la década de 1990 y ya ha ayudado a pacientes paralizados a recuperar algunos movimientos corporales como, por ejemplo, a tomar una taza de café. El próximo objetivo: ayudar a los pacientes inmóviles a realizar hazañas como mover una silla de ruedas, sólo con el pensamiento. No hay duda de que Blackrock es una de las grandes protagonistas del rubro de las BCI y seguirá dando de qué hablar a corto y largo plazo, tanto por su experiencia de larga data como por la convergencia entre conocimientos técnicos y apoyo de nuevos inversionistas.
Es una compañía fundada en 2012 por Tom Oxley y un equipo de pioneros, compuesto por ingenieros, neurólogos y otros especialistas de Alemania, Australia y Estados Unidos. La financiación inicial provino de La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa (DARPA) y el Departamento de Defensa (DoD) de Estados Unidos al laboratorio de la Universidad de Melbourne. Hasta la fecha poseen 72 patentes y han publicado al menos 27 artículos peer-review.
En esta charla TED de 2018 el CEO de Synchron, Thomas Oxley, presenta su visión sobre el potencial de las BCI y expresa lo que cree puede contribuir el dispositivo de Synchron en este nuevo rubro.
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“Hemos construido lo que creemos es la tecnología de interfaz neuronal más avanzada hasta el momento, y tiene el potencial de cambiar vidas de un modo que ni siquiera se pensaba posible hace cinco años. Así que tomamos una decisión. El control de extremidades robóticas es un problema que necesita solución y lo será, pero la tecnología no está aquí todavía, pero el aumento de la comunicación vendrá primero, esta forma de telepatía digital será el primer uso de esta tecnología de interfaz cerebral y le dará voz a personas que están paralizadas, que han perdido su habilidad para moverse y hablar.”
Posteriormente continúa hablando de cómo la fertilización cruzada entre los avances de la tecnología de materiales y los algoritmos de machine learning unirán sus fuerzas para desarrollar BCIs más potentes que las actuales, capaces de lograr controlar extremidades robóticas o que parapléjicos manejen sus celulares y escriban más rápido que alguien con sus pulgares hacia 2023. Él cree que el mayor obstáculo actual para el progreso de las BCI es el tipo de sensor, que antes de Synchron se dividía en dos opciones: invasivos, como el Utah Array y Neuralink, o no invasivos, como los cascos con electrodos de Kernel.
Synchron inauguró una tercera opción, algo así como la vía media entre las dos anteriores. Su dispositivo no se implanta en el cerebro. En cambio, los médicos introducen el dispositivo -un Stentrode, o conjunto de electrodos montados en una endoprótesis- a través de la vena yugular del cuello para que pueda serpentear hasta los vasos sanguíneos del cerebro, donde puede registrar las señales eléctricas. El dispositivo puede ayudar a los pacientes que han perdido la capacidad de usar los brazos a mover los cursores digitales de sus ordenadores portátiles. Synchron, que ya ha implantado su Stentrode en pacientes de Australia. En 2020, la FDA concedió al stentrode™ la designación de dispositivo innovador. En 2021, Synchron se convirtió en la primera empresa en recibir un IDE de la FDA para llevar a cabo ensayos de un ICB de implantación permanente. Actualmente siguen adelante con un ensayo clínico y están buscando su primer paciente en Estados Unidos.
BrainGate
Los investigadores y desarrolladores de BrainGate recientemente comunicaron la conclusión del primer ensayo clínico exitoso de BCIs inalámbricas, mediante un comunicado de prensa en el periódico de la universidad de Brown:
Ahora, por primera vez, los participantes en el ensayo clínico BrainGate con tetraplejia han demostrado el uso de una BCI inalámbrica intracortical con un transmisor inalámbrico externo. El sistema es capaz de transmitir señales cerebrales con una resolución de una sola neurona y con total fidelidad de banda ancha sin necesidad de atar físicamente al usuario a un sistema de descodificación. Los cables tradicionales se sustituyen por un pequeño transmisor de unas 2 pulgadas en su dimensión más grande y que pesa poco más de 1,5 onzas. La unidad se coloca sobre la cabeza del usuario y se conecta a un conjunto de electrodos dentro de la corteza motora del cerebro mediante el mismo puerto que utilizan los sistemas con cable.
Si te preguntas como se ve en realidad, pues es así:
Esta empresa es un derivado de Cyberkinetics, Inc. (más tarde, Cyberkinetics Neurotechnology Systems, Inc.), fundada en 2002, compañía de dispositivos médicos creada por la Universidad de Brown. Se constituyó con el fin de obtener los permisos reglamentarios y los recursos financieros necesarios para poner en marcha los ensayos clínicos piloto de un sistema de interfaz neural de primera generación, que fue desarrollando y adquiriendo mayor autonomía hasta llegar a los logros de este último estudio.
El estudio, publicado en IEEE Transactions on Biomedical Engineering, se basa en un prototipo de transmisor inalámbrico diseñado por ingenieros de Brown en 2014. El sistema se diseñó para funcionar con una interfaz cerebro-computador por cable denominada BrainGate, también desarrollada en Brown, que se basa en dos conjuntos de 96 electrodos implantados bajo el cráneo del paciente. La fidelidad con que funciona el dispositivo es prácticamente idéntica a la del prototipo anterior con cables. Este nuevo dispositivo inalámbrico es capaz de registrar las mismas señales eléctricas que su antecesor sin inconvenientes, de una forma más cómoda para el usuario. Y el logro es mayúsculo porque los dos pacientes en el estudio pudieron usar el dispositivo durante veinticuatro horas en sus respectivos domicilios, ya que la batería está diseñada para durar 36 horas.
"Hemos demostrado que este sistema inalámbrico es funcionalmente equivalente a los sistemas con cable que han sido el estándar de oro en el rendimiento de la ICB durante años", dijo John Simeral, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Brown, miembro del consorcio de investigación BrainGate y autor principal del estudio. "Las señales se graban y transmiten con una fidelidad adecuadamente similar, lo que significa que podemos utilizar los mismos algoritmos de descodificación que usábamos con los equipos con cable. La única diferencia es que las personas ya no necesitan estar atadas físicamente a nuestro equipo, lo que abre nuevas posibilidades en cuanto a la forma de utilizar el sistema."
El dispositivo utilizado en el estudio se desarrolló por primera vez en Brown en el laboratorio de Arto Nurmikko, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown. Bautizado como Brown Wireless Device (BWD), fue diseñado para transmitir señales de alta fidelidad con un consumo mínimo de energía. En el estudio actual, dos dispositivos utilizados conjuntamente registraron señales neuronales a 48 megabits por segundo desde 200 electrodos con una duración de la batería de más de 36 horas. Para esta prueba clínica se requirieron permisos adicionales, pese al historial de pruebas anteriores con los dispositivos BCI de BrainGate con cables. El hito que marca este estudio es un paso más en la elaboración de BCIs portátiles, precisas y confiables en el tiempo, objetivo que también persiguen otros investigadores y empresas en el rubro, como Neuralink y Kernel, cada una desde su enfoque particular.
El líder del laboratorio en que se llevó a cabo la prueba clínica, Arto Nurmikko, declaró lo siguiente al respecto del estudio: "Tengo el privilegio de formar parte de un equipo que está ampliando las fronteras de las interfaces cerebro-máquina para uso humano". "Es importante destacar que la tecnología inalámbrica descrita en nuestro artículo nos ha ayudado a obtener conocimientos cruciales para el camino que tenemos por delante en busca de la próxima generación de neurotecnologías, como las interfaces electrónicas inalámbricas de alta densidad totalmente implantadas para el cerebro".
Precision Neuroscience
Precision Neuroscience, cofundada por Benjamin Rapoport, miembro del equipo fundador de Neuralink, está desarrollando un dispositivo BCI que describe como una fina película que contiene miles de electrodos; la película puede insertarse en una pequeña hendidura del cráneo para que pueda descansar sobre el cerebro. (Los responsables de la empresa describen el proceso como algo análogo a la colocación de un disquete de la vieja escuela en una unidad de disco). Precision espera utilizarlo para tratar la epilepsia y otros trastornos relacionados con señales eléctricas anormales en el cerebro. Sus fundadores tienen previsto solicitar la aprobación de la FDA a principios de 2023.
BrainCo
Esta empresa, respaldada por la Universidad de Harvard, ha desarrollado un dispositivo BCI no invasivo que parece un visor de cabeza de Star Trek. La diadema puede registrar la actividad eléctrica a través de electrodos que presionan las sienes desde fuera del cerebro. Aunque los datos no son tan detallados ni de tan alta calidad como los que puede captar un dispositivo dentro del propio cerebro, los directivos de la empresa afirman que la información puede ser útil como dispositivo de retroalimentación neurológica, que permite a las personas entrenarse para estar más concentradas o tranquilas. BrainCo también está buscando la aprobación de la FDA para su mano protésica BrainRobotics, que analiza las señales eléctricas enviadas al cerebro a través de los músculos del brazo para proporcionar un mayor control motor a los amputados.
Como puedes ver hay muchos actores en el rubro, algunos con larga experiencia y otros pioneros con grandes equipos detras y mucha capacidad de innovación, dispuestos a cosechar los potenciales de las últimas tecnologías, ya sea en cuanto a microprocesadores o electrodos se refiera. No ahondamos en otras empresas, como Kernel, a la que dedicamos un capítulo en particular, para acotar el espectro de empresas. Lo cierto es que esta es solo una muestra del estado actual de las BCI. La vanguardia es amplia, el interés y las inversiones de capital son más grandes que nunca, en gran medida gracias a la presencia de Neuralink y el efecto Musk, que genera gran arrastre de capital y atención al campo en el que sitúa sus esfuerzos. El futuro de las BCI está por verse, pero lo que parece innegable es que esta década observaremos grandes avances en varias de las compañías que mencionamos y que dejamos en el tintero. La transición a ensayos clínicos en humanos y posteriormente la aprobación por parte de la FDA de alguno de estos dispositivos es cosa de tiempo. El cerebro está dejando de ser un genio elusivo y poco a poco penetramos más en sus secretos y dinámicas funcionales, en él están las llaves de nuestro cuerpo, salud y quizás de la mente, todo ello está por ser revolucionado gracias a las BCI, su alcance está por descubrirse.
Bibliografía:
https://sci-hub.se/https://doi.org/10.1038/nature11076
https://www.brown.edu/news/2021-03-31/braingate-wireless
https://youtu.be/mmiIz6ZJfq0?t=496
