BRAIN-COMPUTER-INTERFACE (BCI)

ERICK AGUILAR HERNANDEZ.

La Tecnología de Interfaz cerebro-computador es un sistema de interacción

hombre-máquina capaz de traducir nuestras intenciones en interacción real con un mundo

físico o virtual.

Es una de las herramientas utilizadas para entender el funcionamiento del cerebro.

Además de contribuir al conocimiento sobre este órgano, permiten realizar experimentos

enfocados a controlar máquinas con el pensamiento.

La idea detrás de este tipo de tecnología es muy simple y al alcance de cualquiera:

se trata de conseguir transformar nuestros pensamientos en acciones reales alrededor de

nuestro entorno. Estas acciones pueden ir dirigidas a elementos tan sencillos como encender

y apagar las luces de nuestra casa o máquinas tan complejas como sillas de ruedas.

• La idea es sencilla pero el reto tecnológico es enorme dado que involucra un

conjunto fuertemente multidisciplinar de conocimiento como es la intersección de

las neurociencias, la ingeniería biomédica y las ciencias de la computación.

Puede tardar, pero es algo que va a llegar a todos nosotros e inundará nuestra vida

diaria, y al igual que hemos hecho con otras tecnologías como la televisión o los

celulares, nos tendremos que hacer a ella y muy probablemente de forma

independiente a nuestra capacidad económica, nuestra edad o nivel cultural.

Hoy en día el uso de interfaces hombre-maquina cada vez más interactivas usadas en

el campo médico o de control, han evolucionado a tal grado que no se requiera del uso

de botones y palancas.

HISTORIA DE LAS BCI

• El origen de las tecnologías BCI nació con el descubrimiento de la naturaleza

eléctrica del cerebro.

• El científico Richard Caton en 1875 usó un galvanómetro (dispositivo utilizado para

indicar la presencia y dirección de una pequeña corriente eléctrica) para observar

impulsos eléctricos en la superficie del cerebro vivo de algunos animales.

• Años más tarde en 1924 Hans Berger consiguió registrar la actividad cerebral

mediante la electroencefalografía (EEG). Consiguió clasificar las diferentes ondas

cerebrales. Las primeras ondas que se detectaron fueron Alfa y Theta.

• Fue hasta 1970 que se logró iniciar la investigación de los primeros dispositivos BCI

en la Universidad de California.

PUNTO DE PARTIDA

• El punto de partida para la obtención de las señales producidas por el cerebro es

conocer su naturaleza para establecer las magnitudes y frecuencias correspondientes

que estas presentan bajo el reposo o la imaginación de un movimiento.

• El cerebro funciona básicamente con energía Bio-químico-eléctrica. Aunque la

potencia de la electricidad que manejan nuestras neuronas es baja (se mide en micro

volt).

• Dicha potencia le es suficiente para procesar, manejar, distribuir y usar cantidades de

información y generar multiplicidad de respuesta. Al usar microelectricidad se

concluye que el cerebro es un generador de bajas frecuencias.

• Cada tipo de onda se traduce en un estado Psico-neuro-fisiológico diferente. El

cerebro se comporta de forma diferente en cada uno de estos estados o frecuencias.

De acuerdo al estado en el que el cerebro se encuentre (frecuencia predominante),

este enviara a la sangre diferentes tipos de substancias neuro-químicas y hormonas.

Y tanto según la presencia y cantidad de dichas substancias como el estado de ánimo

que tengamos interactúan entre sí para producir un estado físico-fisiológico-

neuronal-comportamental final

• La información viaja entre neuronas por medio de impulsos eléctricos que se

transmiten de unas neuronas a otras. Estos impulsos se reciben de otras neuronas en

las dendritas, pasan por toda la neurona hasta ser conducidas por el axón a los

botones terminales, los cuales pueden conectar con otra neurona, fibras musculares o

glándulas.

INTERFAZ

• Es una conexión física y funcional entre dos aparatos o sistemas independientes, es

el punto de interconexión entre dos cuerpos

• En electrónica una interfaz es el puerto (circuito físico) a través del que se envían o

reciben señales desde un sistema o subsistemas hacia otros.

• En software, son parte de un programa que permite el flujo de información entre un

usuario y la aplicación, o entre la aplicación y otros programas

• También puede ser a partir de un hardware, por ejemplo, el monitor, el teclado y el

mouse son interfaces entre el usuario y el ordenador.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y MEDIDA

• El principio de funcionamiento básico de una BCI es medir la actividad cerebral,

procesarla para obtener las características de interés de la señal, y una vez obtenidas,

usarlas para interaccionar con el entorno de la forma deseada por el usuario.

• Es importante señalar que un BCI utiliza para su funcionamiento únicamente

información obtenida del sistema nervioso central y en particular del cerebro (es

decir, actividad puramente cerebral).

• Desde un punto de vista de interacción hombre-máquina, esta interfaz tiene dos

características que la hacen única frente a todos los sistemas existentes.

• La primera de ellas es su potencial para construir un canal de comunicación natural

con el hombre, la segunda su potencial acceso a la información cognitiva y

emocional del usuario.

La BCI vista como máquina que traduce intenciones humanas en acciones tiene al

menos tres partes bien diferenciadas:

1.-Sensor: Es el encargado de recoger la actividad cerebral. La gran mayoría de

modalidades sensoriales utilizadas en BCI provienen de aplicaciones clínicas, como

son el electroencefalograma, la imagen por resonancia magnética funcional, etc.

2.-Motor de Procesamiento de Señal: Este recoge la señal resultado de medir la

actividad cerebral y aplica unos filtros para decodificar el proceso neurofisiológico que

refleja la intención del usuario.

3.-Aplicación: Es el módulo de interacción con el entorno y da forma a la aplicación

final de la BCI. Puede ser mover una silla de ruedas o escribir con el pensamiento en

una pantalla de ordenador.

PROBLEMAS OCURRENTES

• Hay mucha diferencia entre la percepción que tiene una persona de la actividad

cerebral que está generando y lo que en realidad se está registrando en los

electrodos. La interfaz sólo registra parte de la información que está produciendo

una persona y además llega con mucho ruido, por lo que es difícil de analizar.

• La dificultad está en afinar en este tipo de pruebas, pues la señal de las ondas

cerebrales es muy compleja.

Por ejemplo:

Puedes decir ‘estoy pensando que voy a mover el cursor a la derecha’.

Detectar esa intención entre toda la actividad cerebral que tiene un sujeto en un

momento dado es difícil, aunque esté muy concentrado. Además de las neuronas que

están activas cuando piensa eso, también lo están las que reaccionan a la luz de la

habitación, a los sonidos o a del propio estado interno, con todas las preocupaciones

que pueda tener.

• Los cerebros de cada persona son distintos y las señales que producen, aunque

tienen cosas en común, son muy distintas y siempre tiene que haber una

transformación.

• Mediando un procesamiento, no importa si los cerebros conectados son humanos, de

ratas o de cualquier otra criatura. Básicamente todas las neuronas producen actividad

eléctrica que se puede registrar y eso es así en cualquier animal.

ALGUNAS INVESTIGACIONES

• Un equipo de la Universidad de Washington colocó a dos de sus investigadores sendas interfaces

cerebrales, que comunicaban con ordenadores conectados entre sí a través de internet. El objetivo del

experimento era lograr que, a través de esta comunicación, uno de los sujetos pudiera transmitir al otro

una “orden” y que su sistema nervioso se viera obligado a cumplir automáticamente.

• Se sirvieron de un juego cuya finalidad consiste en disparar en el momento adecuado.

• El profesor Rajesh Rao, que asumía el papel de enviar los comandos a su colega Andrea Stocco, tiene

ante sí una pantalla con la evolución del juego. Su actividad neuronal se registra mediante

electroencefalografía y la señal eléctrica se pasa a un ordenador para que sea procesada e interpretada.

• La información viaja después través del internet hasta la máquina a la que está conectada la interfaz de

Stocco. En ella se codifica de nuevo la información y al cerebro receptor se le aplica estimulación

magnética transcraneal (TMS), de tal manera que el sistema nervioso asume como propio el estímulo y

el profesor Stocco presiona una tecla para disparar en el juego. Lo hace como si sufriera un tic o se

tratara de un espasmo.

• La segunda de las investigaciones llamativas parte de la Universidad de Harvard,

donde un equipo de científicos conectó, mediante sendas interfaces cerebrales y los

correspondientes ordenadores, a una persona con una rata. El objetivo era similar al

del experimento anterior: producir un movimiento espasmódico en el animal. La

principal diferencia está en el sistema utilizado para estimular el cerebro receptor.

En este caso se usó ultrasonido focalizado (FUS) para mover la cola de la rata.

• La persona también tenía frente a sí una pantalla que le daba información de forma

visual. A partir de esto, su cerebro se concentraba en el pensamiento correspondiente

y, como resultado de la transmisión de información, el sistema nervioso de la rata

movía la cola.

• A falta de profundizar más en ambos experimentos, las conclusiones extraídas

revelan que es posible enviar comandos entre dos cerebros de seres vivos diferentes.

APLICACIONES

• Una de las primeras que aparece es el control de videojuegos por medio de la

BCI y así por medio del pensamiento (Nijholt, 2008).

• Ayudar a personas con deficiencias motoras severas al permitir la realización

de una comunicación externa sin la asistencia de los nervios periféricos o de

la actividad muscular, mejorando la calidad de vida de los pacientes.

• Interfaz cerebro-máquina no invasiva para una silla de ruedas controlada por

el cerebro.

• La suplantación de la propia persona en entornos virtuales es un paso lógico

hacia la telepresencia tanto lúdica como laboral. Sin embargo, todos los

sistemas de control de telepresencia virtual comparten la misma

característica: son fríos.

BIBLIOGRAFIA

• - Grupo de Robótica, Percepción y Tiempo Real Departamento de Informática e

Ingeniería de Sistemas Universidad de Zaragoza, España/Tecnología de Interfaz

Cerebro-Computador.pdf

• -Revista Ingeniería Biomédica, vol. 2, núm. 4.

• -www.NEUTRONIC.com/ondas Gamma.htm.

• -www.alegsa.com.ar/Interfaces.

• -www.eldiario,es.com\Hacia el control de cerebros ajenos mediante una interfaz

cerebral.htm.