Francis en ¡Eureka!: Interfaces cerebro a cerebro vía internet entre dos ratas de laboratorio

Miguel Nicolelis nos cuenta su trabajo en primera persona (12 minutos en inglés); delante de su libro “Beyond Boundaries.”

El audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, Onda Cero, lo puedes escuchar siguiendo este enlace, o también aquí. Como siempre, una transcripción libre para abrir boca.

Investigadores de la Universidad de Duke en EEUU lograron en 2003 que un mono (un macaco rhesus) moviera un brazo robot utilizando sólo su pensamiento, como si fuera un tercer brazo. Esta semana ha sido noticia que han logrado establecer una conexión, vía internet, entre los cerebros de dos ratas de laboratorio, una en Brasil y otra en EEUU. ¿Cómo se ha realizado el experimento? Miguel Nicolelis, de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, EEUU, es un especialista en interfaces cerebro-máquina, es decir, en el uso dispositivos que leen la actividad de la corteza cerebral y la transmiten a un ordenador para que realice ciertas tareas, como controlar un brazo robot. Esta semana el grupo de Nicolelis ha utilizado una tecnología llamada microestimulación intracortical para lograr una interfaz cerebro a cerebro, transmitiendo en tiempo real información sensoriomotriz del cerebro de una rata en Brasil a otra rata en EEUU. En concreto, entre el Instituto Internacional de Neurociencias Edmond y Lily Safra, en Natal, Brasil, y el Laboratorio de Nicolelis en la Universidad de Duke, en Carolina del Norte. Se han realizado dos experimentos diferentes en los que se ha implantado una matriz de 32 microelectrodos (cada uno de con un grosor menor que una centésima parte del grosor de un cabello humano) en dos regiones de la corteza del cerebro de las ratas.

El artículo técnico es Miguel Pais-Vieira, Mikhail Lebedev, Carolina Kunicki, Jing Wang, Miguel A. L. Nicolelis, “A Brain-to-Brain Interface for Real-Time Sharing of Sensorimotor Information,” Scientific Reports 3: 1319, 28 Feb 2013.

En qué consiste el primer experimento. En este experimento se ha implantado la matriz de 32 microelectrodos en la corteza motora primaria de las ratas, el área del cerebro que procesa el movimiento. Se registró la actividad neuronal de una rata en Brasil mientras realizaba una tarea de aprendizaje con refuerzo: la llamada rata “codificadora” tenía que elegir qué palanca apretar en función del encendido de una luz justo encima de cada palanca; si acertaba la palanca correcta, era recompensada con comida. El patrón de actividad neuronal al apretar las palancas izquierda y derecha es diferente, e independiente de si la acción es la correcta (y la rata recibe recompensa) o no lo es. En EEUU se colocó otra rata con otra matriz de microelectrodos implantada en la misma región de la corteza cerebral, pero que estimulaba dichas neuronas en lugar de leer su actividad. La rata “descodificadora” en EEUU fue entrenada para aceptar la estimulación como algo normal. La información del córtex cerebral de la rata “codificadora” en Brasil se transmitió vía internet a la rata “descodificadora” de EEUU, que lo recibió dos décimas de segundo más tarde. Las ratas de EEUU sin ver la señal luminosa indicativa, presionaron la palanca correcta entre un 64 por ciento de las veces (las ratas en Brasil alcanzaron un acierto del 95 por ciento).

Dibujo20130302 Experimental apparatus scheme of a BTBI for transferring cortical motor signals

Es de suponer que si la rata “codificadora” en Brasil sabía de alguna forma que la rata “descodificadora” en EEUU había acertado la comunicación entre ellas sería más eficiente. De hecho, el grupo de Nicolelis así lo ha demostrado. Para favorecer la comunicación “telepática” se realizó el experimento premiando a ambas ratas sólo si la comunicación había sido efectiva y ambas habían apretado la palanca correcta. Este refuerzo mejoró mucho la tasa de éxito en la comunicación. Según el artículo de Nicolelis es como si la actividad de la rata “codificadora” se hiciera más precisa. Aunque el animal no sabía que existía la otra rata, parece que el refuerzo hizo que mejorara su atención en la tarea y que mejorara la comunicación en las siguientes pruebas.

Dibujo20130302 results for both experiments of rat communication via web

También se realizó un segundo experimento. El segundo experimento es similar pero se colocó el implante en la corteza somatosensorial primaria, el área que procesa la sensación táctil. Se entrenó a las ratas para explorar con sus bigotes un agujero e indicar si es estrecho o ancho, girando su cuerpo hacia la izquierda o hacia la derecha. Las ratas “decodificadoras” en EEUU fueron capaces de indicar más de un 60 por ciento de las veces el ancho de un hueco que sólo las ratas “codificadoras” en Brasil pudieron explorar con sus bigotes.

Los experimentos se han realizado en ratas de laboratorio, ¿tienen pensado los investigadores utilizar monos? De hecho, el equipo investigador de Nicolelis trabaja de forma habitual con monos (macacos rhesus) y también ha realizado estos experimentos con monos (aunque sólo en EEUU). Los resultados con monos aún no han sido publicados, pero Nicolelis ha afirmado que incluso sin necesidad de premiar a los animales con alimento (sólo por puro divertimento) se logra la comunicación cerebro a cerebro. El gran problema de estos experimentos en la actualidad es que los neurocientíficos no entienden en detalle cuáles son los procesos neuronales implicados. Los microelectrodos no leen la actividad de neuronas individuales sino de un área relativamente grandes de la corteza del cerebro, luego la comunicación implica la actividad coordinada de muchas de neuronas. Lo que se envía por internet es una señal promedio.

La gran pregunta son las aplicaciones de esta tecnología. ¿Para qué sirve esta tecnología de comunicación cerebro a cerebro? La fuente principal de financiación del grupo de Nicolelis es el proyecto DARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa) por lo que las primeras aplicaciones que verán la luz tienen un corte militar. Una posibilidad es utilizar animales como soldados controlados por las señales cerebrales de un operador humano; se podría controlar insectos o pequeños mamíferos genéticamente modificados que se podrían utilizar en labores de vigilancia, espionaje, o incluso en misiones cuyo objetivo es cometer un asesinato selectivo. También se está trabajando en la colaboración entre varios cerebros en red para la resolución de tareas complicadas. Ya se están probando implantes en monos con el objetivo de que trabajen juntos y se comuniquen mediante interfaces cerebro a cerebro con objeto de completar un tarea común. En estos experimentos cada mono tiene acceso a parte de la información necesaria para tomar la decisión correcta y sólo la colaboración entre todos permite resolver la tarea con éxito.

Todo esto recuerda a las películas de ciencia ficción, como Matrix o Star Trek. ¿Será algún posible la telepatía artificial o sintética? La telepatía entendida como la comunicación o transferencia de pensamientos entre dos personas a través de la mente sin contacto físico alguno es científicamente imposible. Las leyes físico-químicas que describen cómo funciona el cerebro no lo permiten. Sin embargo, hoy en día es posible leer la actividad del cerebro y transmitarla a otra persona, como se ha visto en muchos películas de ciencia ficción. Muchos recordarán el proceso de fusión mental entre los vulcanos de Star Trek, una habilidad telepática que les permite unir su mente a la de otra persona poniendo su mano sobre el rostro de la otra persona. No es una habilidad telepática o de lectura de la mente a distancia, pues requiere contacto físico, además de un gran esfuerzo de concentración mental. Otros recordarán que en la película de ciencia ficción “Matrix,” dirigida en 1999 por los hermanos Wachowski, se muestra cómo algunos personajes aprenden tareas motoras complicadas, como pilotar un helicóptero, mediante un cable conectado a la corteza del cerebro. Quizás en un futuro se puedan inducir en humanos los patrones de actividad neuronal asociados al aprendizaje de ciertas tareas motoras. Aún así, hoy en día, se trata sólo de una utopía.

Lo dicho, puedes escuchar el audio siguiendo este enlace.