Cómo la IA acelera los avances en neurociencias y en los implantes cerebrales que restauran funciones claves

La ciencia, ayudada por la irrupción de la inteligencia artificial, está llevando adelante investigaciones profundas sobre la funcionalidad del cerebro para restablecer capacidades perdidas en pacientes. Algunos de los casos más destacados

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Un implante neural permite a un hombre paralizado hablar en español e inglés (Imagen Ilustrativa Infobae)
Un implante neural permite a un hombre paralizado hablar en español e inglés (Imagen Ilustrativa Infobae)

En silencio y con algunos chispazos de notoriedad, cuando se conoce un avance en un determinado paciente, la ciencia está protagonizando una verdadera revolución en materia de inteligencia artificial para restablecer capacidades del cerebro perdidas o atrofiadas

Estos primeros pasos para develar los misteriosos entramados de cómo funciona el cerebro y la potencial recuperación de las funciones mentales dañadas por una enfermedad o accidente, se están dando gracias a la implementación del implante de electrodos y programas de inteligencia artificial que ayudan a los investigadores en este apasionante campo de la medicina.

Esos misterios tienen que ver con develar cómo hace el cerebro que tiene 86 mil millones de neuronas y 350 trillones de conexiones o sinapsis neuronales para producir unos 6.000 pensamientos por día, según revela una reciente investigación hecha por la Universidad de Queen en Canadá.

En los últimos años y fundamentalmente en este 2024, muchos son los científicos que están avanzando en solucionar capacidades perdidas en personas con algún problema de habla, movilidad, comprensión y otras funciones cerebrales alteradas.

A Keith Thomas, que vive con parálisis, le implantaron cinco microchips diminutos en su cerebro, formando una parte crítica de un "bypass neural doble" primero en su tipo que utiliza inteligencia artificial para decodificar y traducir sus pensamientos (Matthew Libassia/ Institutos Feinstein)
A Keith Thomas, que vive con parálisis, le implantaron cinco microchips diminutos en su cerebro, formando una parte crítica de un "bypass neural doble" primero en su tipo que utiliza inteligencia artificial para decodificar y traducir sus pensamientos (Matthew Libassia/ Institutos Feinstein)

El más reciente ejemplo se conoció hace dos días, cuando científicos de la Universidad de California, en San Francisco, Estados Unidos, crearon un implante cerebral que permitió que un hombre bilingüe con parálisis en el habla a causa de un accidente cerebrovascular (ACV) ocurrido en el 2000, a que pueda expresarse por primera vez en dos idiomas, español e inglés, de acuerdo a su preferencia.

El avance científico dado a conocer al mundo en un artículo publicado en la revista Nature Biomedical Engineering, que identifica al hombre, un hablante nativo de español que aprendió inglés cuando ya era adulto, que podía gemir y gruñir pero no podía articular palabras claras.

Gracias a un implante cerebral que el paciente recibió en 2019 por parte del equipo del doctor Edward Chang, un neurocirujano que se desempeña como codirector del Centro de Prótesis e Ingeniería Neural de Universidad de California en San Francisco (UCSF), el hombre pudo expresarse en inglés en 2021. Los investigadores lograron en estos años entrenar el implante para decodificar palabras en los dos idiomas, basándose en la actividad cerebral producida cuando el paciente intentaba articularlas.

El doctor Edward Chang, de la Universidad de San Francisco en California, implantó el delgado rectángulo de electrodos en la superficie del cerebro de Ann para captar las señales enviadas a los músculos del habla ( Imagen Ilustrativa Infobae)
El doctor Edward Chang, de la Universidad de San Francisco en California, implantó el delgado rectángulo de electrodos en la superficie del cerebro de Ann para captar las señales enviadas a los músculos del habla ( Imagen Ilustrativa Infobae)

Se trató de un método de entrenamiento de IA que permite al implante cerebral, conocido científicamente como dispositivo de interfaz cerebro-computadora, procesar datos de una manera parecida al cerebro humano.

“La decodificación del habla se ha demostrado principalmente para monolingües, pero la mitad del mundo es bilingüe y cada idioma contribuye a la personalidad y la visión del mundo de una persona. Es necesario desarrollar decodificadores que permitan a los bilingües comunicarse con ambos idiomas”, explicó el grupo de investigación de Chang en su cuenta de X.

En otro avance prometedor, la revista Nature publicó hace pocas semanas el estudio sobre implantes cerebrales que interactúan con un programa de computadora, para beneficio de dos mujeres estadunidenses que habían perdido el habla a consecuencia de una esclerosis lateral amiotrófica, la primera, y de un ictus o accidente cerebrovascular, la segunda.

Ann, una mujer de 47 años perdió la capacidad de hablar tras sufrir un derrame cerebral hace 18 años en los Estados Unidos. Recibió un implante cerebral que usa inteligencia artificial para comunicarse (EFE/Noah Berger)
Ann, una mujer de 47 años perdió la capacidad de hablar tras sufrir un derrame cerebral hace 18 años en los Estados Unidos. Recibió un implante cerebral que usa inteligencia artificial para comunicarse (EFE/Noah Berger)

En esta última paciente, los investigadores insertaron conjuntos de pequeños electrodos de silicio en partes del cerebro que intervienen en el habla, un par de milímetros por debajo de la superficie.

Luego, entrenaron algoritmos de aprendizaje profundo para reconocer las señales únicas en el cerebro de la paciente cuando intentaba pronunciar varias frases utilizando un conjunto de vocabulario grande de 125.000 palabras y un conjunto de vocabulario pequeño de 50 palabras.

La IA decodifica palabras a partir de fonemas, las subunidades del habla que forman las palabras habladas. Para el vocabulario de 50 palabras, la interfaz funcionó 2,7 veces más rápido que otra anterior de última generación y alcanzó una tasa de error de palabras del 9,1%.

El científico Frank Willett opera un software que traduce los intentos de habla, que son grabados por sensores en su cerebro y luego se convierten en palabras en una pantalla (UCSF/ Steve Fisch)
El científico Frank Willett opera un software que traduce los intentos de habla, que son grabados por sensores en su cerebro y luego se convierten en palabras en una pantalla (UCSF/ Steve Fisch)

Ambas recuperaron la capacidad de comunicarse con sus semejantes. Al respecto, Víctor Hugo de Lafuente Flores, investigador del Instituto de Neurobiología, campus Juriquilla, de la Universidad Nacional Autónoma de México, explicó a La Gaceta de la UNAM: “Este paso es muy importante, porque ahora se abre la posibilidad, no sólo de intervenir directamente el cerebro y registrar su actividad eléctrica para ayudar a recuperar la movilidad a aquellos pacientes con un problema neurológico, como una lesión en la médula espinal, sino además de acceder a las funciones cognitivas superiores del cerebro (atención y concentración, percepción y reconocimiento, orientación y memoria) y, es más, a nuestros sentimientos, emociones, deseos…”

Y agregó: “Muchos científicos lo estamos investigando en distintos laboratorios de todo el mundo, pero todavía no lo conocemos. Ya se pueden descifrar algunas señales neuronales asociadas al habla y al movimiento. Sin embargo, la pregunta que debemos formularnos en un futuro inmediato es qué pasará cuando podamos descifrar señales neuronales asociadas a nuestros sentimientos, emociones, deseos. Hoy en día existe la posibilidad de que una interfaz cerebro-computadora, como las desarrolladas por la empresa Neuralink, de Elon Musk, decodifique ese tipo de pensamientos, lo que abre un enorme abanico de opciones y da pie a diversas preguntas éticas y legales que habría que empezar a abordar a la brevedad”.

Respecto a lo manifestado por el doctor Lafuente Flores, otro de los grandes avances protagonizados por esta nueva conjunción que son los implantes cerebrales y los programas avanzados de inteligencia artificial tienen que ver con la impronta de Neuralink, la empresa de neurodesarrollos del empresario estadounidense Elon Musk que ha logrado por ejemplo que un hombre cuadripléjico llamado Noland Arbaugh, pueda operar su computadora con la mente.

Noland Arbaugh, sigue avanzando con sus capacidades neurológicas luego del implante del chip Neuralink (Rebecca Noble/The New York Times)
Noland Arbaugh, sigue avanzando con sus capacidades neurológicas luego del implante del chip Neuralink (Rebecca Noble/The New York Times)

Mediante un dispositivo implantado de Neuralink, el chip permite mover el cursor en la pantalla usando solo pensamientos, facilitando jugar al ajedrez en línea y controlar música. Durante una transmisión en vivo en la red social X, Arbaugh mostró en marzo último su capacidad recién adquirida y expresó su asombro y entusiasmo por la tecnología que le permite interactuar con el mundo digital de una manera que antes de su accidente en buceo parecía imposible.

Arbaugh es el primer ser humano en recibir este implante cerebral, que convierte las señales eléctricas del cerebro en información computable. El dispositivo, llamado N1, tiene 8 milímetros de diámetro y está compuesto por 64 cables ultrafinos con 1.000 electrodos, que registran la actividad neuronal y la intención de movimiento. Esta semana, Arbaugh reapareció en un video para mostrar que sigue usando el dispositivo en sus actividades cotidianas.

El poder de la neurociencia

El chip Neuralink funciona en personas con capacidades cerebrales perdidas
El chip Neuralink funciona en personas con capacidades cerebrales perdidas

El avance de la neurociencia en los últimos años fue destacado por el doctor José Ramón Alonso Catedrático de Biología celular en la Universidad de Salamanca e investigador principal del Instituto de Neurociencias de Castilla y León, que explicó en apuntes de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología, la importancia de esta disciplina médica para comprender mejor las funciones del cerebro.

“Hemos aprendido mucho sobre la estructura cerebral, incluidas las escasísimas diferencias en los cerebros de hombres y de mujeres; la función cerebral, incluyendo los procesos básicos del aprendizaje, la memoria, la inteligencia, la atención, la empatía y la voluntad; el dominio de los principios esenciales de la lectoescritura, las matemáticas, la música, la sociabilidad”, consideró Alonso.

Una de las técnicas más utilizadas es la denominada electrocorticografía (ECoG) que puede registrar la actividad combinada de miles de neuronas al mismo tiempo (Imagen Ilustrativa Infobae)
Una de las técnicas más utilizadas es la denominada electrocorticografía (ECoG) que puede registrar la actividad combinada de miles de neuronas al mismo tiempo (Imagen Ilustrativa Infobae)

El experto precisó que las neurociencias nos ayudan a entender cómo el cerebro aprende mediante su plasticidad neuronal en los mecanismos neuronales comprendidos de la lectura, la cognición numérica, el circuito de recompensa, el lenguaje, la atención, la memoria y la inteligencia, entendida esta última como resolución de problemas.

También describió el aporte de información sobre otros aspectos importantes que influyen en la vida escolar como la formación de hábitos, el trabajo en equipo (cooperación, establecimiento de turnos, reparto de tareas, asunción de responsabilidades), el desarrollo de las funciones ejecutivas (memoria de trabajo, control de impulsos, planificación) y el neurodesarrollo de la moralidad (juego limpio, trato justo, igualdad y respeto a la diferencia)”.

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