Post on 25-Jan-2016
Avances en neurotecnología:
Escribir, dibujar y accionar con la mente
Proyecto UBACYT : “El Problema de los Decodificadores y Transductores Neuro-Mentales”
Lectura artificial del pensamiento
Recientemente, diversos estudios y experimentos se realizaron con el objetivo de inferir estados y procesos mentales a partir
de información obtenida con técnicas neurofisiológicas y de neuroimagen,
principalmente con EEG (electroencefalografía) y fMRI (resonancia magnética funcional).
A nivel neurotecnológico, se piensa en dispositivos que puedan decodificar
actos voluntarios, diseños imaginados y textos mentales, para luego
exteriorizarlos a través de una interfaz cerebro-máquina.
Acción intencional mental (imaginaria, lingüística o motora)
DecodificaciónDibujo, texto o acción
La “prótesis” neurotecnológica surge donde se encuentra una
limitación.
Limitaciones motoras.
Acceso a la mente sin mediación conductual.
Comunicación con personas con limitaciones motoras.
Límites respecto a la comunicación de ideas
visuales. Diseño de prototipos, Video-Arte.
Modalidad
Activa:Concentración en
elemento específico.
Alfabeto artificial.
Modalidad
Pasiva:No concentración en elemento específico.
Mayor complejidad.
Escribir con la mente
Un sistema que pueda, al reconocer
cierta activación, manifestar contenido lingüístico
A
B
Distintos “alfabetos mentales”
Tipos de activación a reconocer: artificial, por letras, por intención lingüística.
Si se tiene un número predeterminado de activaciones, el sistema podría basarse en
predicciones, haciendo el proceso más fácil y recayendo en menos errores.
Distintos tipos de alfabeto
Código artificial: Asociación del componente lingüístico mínimo (Ej: Letra) con una actividad no relacionada (Ej: tarea de imaginería visual).
Letras a partir de patrones globales: Patrón global de activación para cada letra, cuando la tarea fue pensar en dicha letra.
Intención lingüística: Activación en áreas asociadas a la producción lingüística.
El entrenamiento en cada caso consistirá en registrar la actividad neural mientras se realiza la tarea (pensar en determinada imagen, pensar en una letra, decir fonemas)
para asociar cada elemento a un tipo de actividad. Luego, la persona haría la tarea y en base a lo registrado, el dispositivo debería mostrar un contenido, para
hacer ajustes por feedback.
Proceso básico
Actividad que fue entrenada
Supera umbral de
reconocimiento de activación
asociada a contenido
Contenido en pantalla
Piensa “A” El patrón de actividad
coincide en un 85% con el
patrón asociado a “A”
Se muestra “A”
Un sistema que pueda producir imágenes o diseños
originales creados solo a partir de activaciones neuronales.
Dibujar con la mente
Antecedentes en percepción
En varias investigaciones (Nishimoto et al, 2011, Kamitami et al, 2008) se logró identificar imágenes percibidas.
Generalmente, el proceso consistió en:
Presentación de estímulo
visual
Registro de actividad
asociada al estímulo en sí o a sus
características visuales
Presentación de estímulo
repetido o novedoso
Asociación de activación con
estímulo o características
del estímulo previo
Imagen en pantalla
Diferencias con el reconocimiento de percepciones
Percepción / imaginación En las investigaciones planteadas la reconstrucción fue de
imágenes que eran percibidas durante la tarea, si bien imaginación y percepción muestran similitudes (como la activación neuronal; Stokes, 2008), también muestran diferencias (tareas de memoria espacial, disociación
neuropsicológica)
Reconocimiento / producción originalLa mayoría de los estudios en los que se hizo una
reconstrucción exitosa, se basaron en el reconocimiento de un estímulo previo, este desarrollo es distinto al que
sería necesario para la creación de una imagen o un diseño visual
Modelo teórico basado en componentes
Se presenta como necesario el manejo de un sistema componencial
Descomposición en elementos visuales básicos:Reales (corteza visual): La persona genera una imagen mental, el
dispositivo analiza los diferentes elementos visuales como color o bordes y los reorganiza mostrándolos en una pantalla. Se da un procesamiento paralelo. Se generan correcciones por feedback.
Artificiales (asociación entre elemento visual y una tarea mental determinada): El dispositivo aprende a asociar una activación neuronal generada por alguna actividad no visual (como imaginería motora) con
algún elemento visual. La imagen debería ir construyéndose por partes; primero se elegiría el color, luego los ángulos, etc.
Proceso básico
Actividad que fue entrenada
Supera umbral de reconocimiento de
activación asociada a contenido
Dibujo en pantalla que se va construyendo a
partir de los elementos
Piensa “Rojo” El patrón de actividad
coincide en un 85% con el
patrón asociado a “Rojo”
Se muestra “Rojo”
Acción. Prótesis.
Un sistema que permita a través de una interfaz, generar un movimiento a partir de la intención.
Acción y prótesis
Recientemente empezó a usarse EEG, un método mucho menos invasivo y riesgoso de los que se usaron con anterioridad, al utilizar electrodos ubicados en la superficie del cuero cabelludo. De todos modos, se estima que con el desarrollo de implantes la precisión y el control serán mayores.
El proceso es aplicable tanto en casos en los que se utiliza una prótesis, como en casos de parálisis severas, a través de estimulación eléctrica sobre los músculos.
Universidad de Houston, 2015Sujetos sanos
realizaron
movimientos con su brazo
derecho
Se registró y decodific
ó actividad previa al movimie
nto (50ms a 90ms)
Con el algoritmo obtenido, se le pidió al sujeto con la prótesis que imagine que movía el brazo y tomaba objetos, se logró con un 80% de éxito y aumentó con la práctica.
Proceso básico
Intención de movimiento
Supera umbral de reconocimiento de
activación asociada al movimiento
Movimiento de prótesis o estimulación al
músculo
Prospectiva
Con el desarrollo de nuevas técnicas neurofisiológicas y de neuroimagen, que tengan mejor resolución y puedan registrar diferencias más sutiles en la actividad neuronal, podrían obtenerse mejores
resultados y superar la cantidad acotada de posibilidades actuales.
La portabilidad de los dispositivos también es un tema a considerar, aunque la solución estaría ligada al
mismo desarrollo de la tecnología.