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.