miércoles 22/9/21

Gracias a las ondas cerebrales y un ordenador, un hombre paralítico consigue comunicarse

Nueronas en el cerebro
Nueronas en el cerebro

Los investigadores de UC San Francisco han desarrollado una "neuroprótesis del habla"  que ha permitido que un hombre con parálisis pueda comunicarse en oraciones, traduciendo señales de su cerebro al tracto vocal directamente en palabras que parecen como texto en una pantalla.

El logro se basa en más de una década de esfuerzo del neurocirujano Edward Chang de UCSF para desarrollar una tecnología que permita a las personas con parálisis comunicarse incluso si no pueden hablar por sí mismas.

"Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración exitosa de decodificación directa de palabras completas de la actividad cerebral de alguien que está paralizado y no puede hablar", dijo Chang, autor principal del estudio. "Es una gran promesa para restaurar la comunicación al aprovechar la maquinaria del habla natural del cerebro".

Todos los años, miles de personas pierden la capacidad de hablar debido a un derrame cerebral, una enfermedad o un accidente. Con un mayor desarrollo, el enfoque en dicho estudio podría permitir algún día que estas personas se puedan comunicar completamente. 

Antes, el trabajo de la neuroprótesis, se centraba en restaurar la comunicación a través de enfoques basados en la ortografía para escribir las letras una por una en el texto. 

El estudio de Chang difiere de estos,  su equipo traduce señales destinadas a controlar los músculos del sistema vocal para hablar palabras, en lugar de señales para mover el brazo o la mano para permitir la escritura.

Chang dijo que este enfoque aprovecha los aspectos naturales y fluidos del habla y promete una comunicación más rápida y orgánica.

"Con el habla, normalmente comunicamos información a un ritmo muy alto, hasta 150 o 200 palabras por minuto", dijo, y señaló que los enfoques basados ​​en la ortografía que utilizan mecanografía, escritura y control de un cursor son considerablemente más lentos y laboriosos. "Ir directo a las palabras, como lo estamos haciendo aquí, tiene grandes ventajas porque está más cerca de cómo hablamos normalmente".

En la primera década, el progreso de Chang hacia este objetivo fue facilitado por paciente en el Centro de Epilepsia de UCSF que se sometieron a neurocirugía para identificar el origen de las convulsiones usando conjuntos de electrodos colocados en la superficie de sus cerebros. 

Los pacientes, los cuales tenían habla normal se ofrecieron como voluntarios para analizar sus grabaciones cerebrales para buscar la actividad relacionada con el habla. El éxito inicial con estos pacientes voluntarios facilitó el camino para el ensayo actual en personas con parálisis. 

Antes, Chang y sus compañeros del Instituto Weill de Neurociencias de la UCSF mapearon los patrones de actividad cortical asociados con los movimientos del tracto vocal que producen cada consonante y vocal.

Para traducir esos hallazgos en el reconocimiento de voz de palabras completas, David Moses, PhD, ingeniero postdoctoral en el laboratorio de Chang, desarrolló nuevos métodos para la decodificación en tiempo real de esos patrones y modelos de lenguaje estadístico para mejorar la precisión.

Pero su éxito en la decodificación del habla en los participantes que podían hablar no garantizaba que la tecnología funcionara en una persona cuyo tracto vocal está paralizado. “Nuestros modelos necesitaban aprender el mapeo entre los patrones complejos de actividad cerebral y el habla intencionada”, dijo Moses. "Eso plantea un gran desafío cuando el participante no puede hablar".

Además, el equipo no sabía si las señales cerebrales que controlan el tracto vocal seguirían intactas para las personas que no han podido mover sus músculos vocales durante muchos años. “La mejor manera de averiguar si esto podría funcionar era intentarlo”, dijo Moses.

Para investigar el potencial de esta tecnología en pacientes con parálisis Chang se asoció con Karunesh Ganguly, profesor asociado de neurología, para realizar un estudio conocido como "BRAVO" (Restauración de la interfaz cerebro-computadora del brazo y la voz).

El primer participante en el ensayo fue un hombre de unos 30 años que sufrió un derrame cerebral devastador hace más de 15 años que dañó gravemente la conexión entre su cerebro, su tracto vocal y sus extremidades.

Desde su lesión, ha tenido movimientos de cabeza, cuello y extremidades extremadamente limitados, y se comunica mediante el uso de un puntero sujeto a una gorra de béisbol para marcar letras en una pantalla.

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