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Aplican la sincronización de cerebros al control de avatares virtuales

Científicos desarrollan la primera interfaz cerebro-ordenador compartida


Un equipo de investigadores de la Universidad de Duke, en EEUU, ha conseguido sincronizar artificialmente -y conectar a una computadora- los cerebros de monos y ratas, para que estos controlen un brazo virtual o realicen sencillos cálculos al unísono. El avance supone un “nuevo paradigma” en las interfaces cerebro-máquina, que tendría aplicaciones tanto en la fabricación de computadoras orgánicas como en la neurorehabilitación de pacientes paralizados, aseguran los investigadores. Por Yaiza Martínez.


Yaiza Martínez
Escritora, periodista, y Directora de Tendencias21. Saber más del autor



Imágenes para la construcción de un dispositivo de computación orgánica con múltiples cerebros interconectados. Fuente: Universidad de Duke.
Imágenes para la construcción de un dispositivo de computación orgánica con múltiples cerebros interconectados. Fuente: Universidad de Duke.
En 2012, un estudio realizado por neurocientíficos del Instituto Max Planck de Alemania demostró que, cuando los músicos ejecutan una pieza musical con otros músicos, la actividad de sus ondas cerebrales se sincroniza. Es decir, que la coordinación musical haría emerger pequeñas redes en los cerebros y entre los cerebros, que posibilitarían la alineación temporal de acciones.

En 2010, otra investigación de diversos centros franceses había señalado que esto mismo ocurre en las interacciones sociales, por ejemplo cuando, sin darnos cuenta, emulamos los movimientos o los gestos de otros.

Sincronización artificial

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Duke, en EEUU, ha conseguido sincronizar artificialmente los cerebros de monos y ratas para que los animales controlen una máquina virtual o hagan cálculos sencillos de manera conjunta.

El avance introduce, aseguran los investigadores  en un comunicado de dicha Universidad, un nuevo paradigma en las interfaces cerebro-máquina (BCI, por sus siglas en inglés).  Y es que, hasta ahora, las BCI (que registran ondas cerebrales que son procesadas e interpretadas por una máquina u ordenador) solo habían sido utilizadas por un único individuo cada vez.

Brainets de ratas y macacos   
 
Los científicos han denominado Brainets (redes cerebrales) a estas redes artificialmente establecidas entre cerebros. Hablan de ellas en dos artículos que han salido esta misma semana en la revista Scientific Reports.
 
En esta explican cómo vincularon artificialmente los cerebros de monos, por un lado, y los cerebros de ratas, por otro, y que esta conexión permitió a los animales intercambiar información sensorial y motora en tiempo real, para controlar los movimientos de un avatar virtual o para realizar, de manera conjunta, algunos cálculos simples.
 
Los cerebros de los animales fueron interconectados mediante matrices implantadas en sus cortezas motora y somatosensorial, que capturaron y transmitieron las ondas cerebrales de cada uno de ellos.

Trabajando con todos los cerebros

En el caso de los monos (tres macacos Rhesus), una vez que los cerebros de estos estuvieron interconectados, los animales colaboraron para controlar los movimientos del brazo de un avatar virtual que aparecía en una pantalla digital situada frente a ellos.
 
Cada animal controlaba dos de las tres dimensiones (por ejemplo, eje X y eje Y) del movimiento de dicho brazo, que entre todos debían guiar hasta tocar un objetivo móvil.
 
El objetivo, sin embargo, solo podía alcanzarse si al menos dos de lo macacos sincronizaban sus cerebros para producir señales continuas que movieran el brazo 3D. Al final, los animales lo consiguieron.
 
En el experimento con roedores, los científicos conectaron los cerebros de cuatro ratas para que estas completasen al unísono tareas de cálculo simples, como reconocer patrones, almacenar y recuperar información sensorial o hacer predicciones temporales.
 
Así, por ejemplo, las ratas recibieron información sobre la temperatura y la presión barométrica y fueron capaces de combinarla entre ellas, para predecir una probabilidad aumentada o disminuida de lluvia. Bajo ciertas condiciones, los autores observaron que la Brainet de las ratas podía funcionar al mismo nivel e incluso a nivel superior que la red cerebral de cada rata por separado.

Interfaz cerebro-cerebro. Fuente: Nicolelis Lab.
Interfaz cerebro-cerebro. Fuente: Nicolelis Lab.
Potenciales aplicaciones

"Esta es la primera demostración de una interfaz cerebro-máquina compartida”, señala Miguel Nicolelis, codirector del Centro de Neuroingeniería de la Escuela de Medicina de la Universidad de Duke y principal autor del estudio.
 
El investigador espera que, al igual que ha pasado con las BCI tradicionales, estas nuevas interfaces se usen cada vez más, por ejemplo, para ayudar a desarrollar  computadoras orgánicas creadas por la interconexión entre múltiples cerebros animales y ordenadores.
 
En la página web del Nicolelis Lab se explica cómo serían estos dispositivos (ver imagen arriba). La Brainet estaría formada, por ejemplo, por los cerebros interconectados de cuatro ratas y una BCI, que entregaría señales de entrada a la corteza cerebral de los animales. Si las ratas quisieran alcanzar una recompensa –en este caso, agua-, su respuesta neuronal a dichas señales debería sincronizarse en la Brainet (las flechas representan el flujo de información a través de esta red).

Por otra parte, Nicolelis y sus colaboradores  trabajan en un proyecto llamado ‘Walk Again’, que consiste en una Brainet humana no invasiva que se utilizará para impulsar la neurorehabilitación de pacientes paralizados. Para el proyecto se emplearán sensores flexibles y del grosor de un cabello (microwires) que detectan las señales eléctricas que generan cientos de neuronas individuales de las cortezas parietal y frontal, que son las regiones responsables de la generación de movimientos voluntarios.

Referencia bibliográfica:
 
Miguel Pais-Vieira, Gabriela Chiuffa, Mikhail Lebedev, Amol Yadav, Miguel A. L. Nicolelis. Building an organic computing device with multiple interconnected brains. Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep11869.
 
Arjun Ramakrishnan, Peter J. Ifft, Miguel Pais-Vieira, Yoon Woo Byun, Katie Z. Zhuang, Mikhail A. Lebedev, Miguel A.L. Nicolelis. Computing Arm Movements with a Monkey Brainet. Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep10767.


Viernes, 10 de Julio 2015
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