Cuerpo, cerebro, m¨¢quina, conexi¨®n

A los 42 a?os, la vida de Cathy Hutchinson, una madre ?soltera de Attleboro (Massa?chusetts, EE UU), cambi¨® en un simple parpadeo. Un ictus cerebral le dej¨® tetrapl¨¦jica y sin habla. Durante los 11 a?os siguientes, Cathy tuvo que vivir en una residencia especializada, que defini¨® como una ¡°suerte de prisi¨®n por un crimen que no hab¨ªa cometido¡±. Quienes la conocen la describen como una mujer luchadora. En 2007 puso una demanda judicial en nombre de miles de discapacitados cerebrales para que el Estado de Massachusetts facilitara su integraci¨®n en la comunidad, costeando la construcci¨®n de hogares especializados. Y gan¨®. Pero quiz¨¢ su mayor desaf¨ªo ha sido, tras 15 a?os sin hablar ni poder moverse, controlar un brazo robot con su voluntad.

Cathy tiene los dedos encogidos, frente a un vaso met¨¢lico que contiene su caf¨¦ de todas las ma?anas. El simple acto de cogerlo representar¨ªa para ella el sue?o de toda una vida. Es como si el vaso estuviera en la cima del monte Everest. De la cabeza de la mujer surge un cable que le conecta a un ordenador, que a su vez est¨¢ unido a un brazo rob¨®tico de metal azul con los dedos met¨¢licos articulados. ?Cathy imagina en su mente que el brazo la obedece, y en un ejercicio lento y suave la cosa desciende, gira y la mano agarra con firmeza el recipiente. Cathy se acerca el vaso, del que sale una paja, y sorbe el l¨ªquido. Ha escalado el Everest con ¨¦xito. ¡°Beber ese caf¨¦ fue lo primero que logr¨® hacer por s¨ª sola en 15 a?os sin tener que depender de otras personas¡±, explica el profesor John Donoghue a El Pa¨ªs ?Semanal. ¡°Ella se qued¨® impactada, y para todos nosotros fue una especie de shock emocional comprobar c¨®mo Cathy lograba de nuevo interactuar con el mundo¡±.

Donoghue es un neurocient¨ªfico de la Universidad de Brown en Rhode Island (EE UU), cuyo laboratorio explora la manera de conectar el cerebro humano a una m¨¢quina. Es la ¨²nica esperanza que queda a personas como Cathy. El bloqueo de un vaso dej¨® sin riego su tallo cerebral, la parte del sistema nervioso que conecta el cerebro con el resto del cuerpo. Y ella qued¨® aprisionada en ¨¦l. Ahora esa conexi¨®n se ha restablecido gracias a un min¨²sculo sensor, que tiene el tama?o de un caramelo M&M, implantado en una zona espec¨ªfica de la superficie de su corteza cerebral, debajo del cr¨¢neo. El sensor lleva unos diminutos electrodos que se hincan apenas un mil¨ªmetro, y que recogen los susurros de un grupo de neuronas que planifican y ejecutan los movimientos de los brazos. Observando c¨®mo los investigadores mov¨ªan el brazo rob¨®tico, Cathy imagin¨® que lo controlaba. Los electrodos recogieron las se?ales y las enviaron por cable a un ordenador. Un programa las descodific¨® y tradujo en instrucciones que la mano rob¨®tica pod¨ªa entender. De esta forma, enchufada a un cable y a trav¨¦s de una m¨¢quina, la mujer aprendi¨® a controlar el brazo y la mano artificiales con solo pensarlo. Ella lleva un enchufe en la cabeza. En cada sesi¨®n, que tiene lugar en el laboratorio de Donoghue, tiene que enchufarse, literalmente, a la electr¨®nica.

Pueden tardar meses
en aprender a coger
una bola, pero hay un futuro prometedor

El otro participante es un hombre que qued¨® parapl¨¦jico tres a?os atr¨¢s, y que prob¨® el mismo sistema. Con su cabeza unida a un ordenador por un cable, aprendi¨® primero a mover un cursor en la pantalla con el pensamiento. Posteriormente logr¨® controlar una mano mec¨¢nica cuya misi¨®n consist¨ªa en agarrar unas bolas unidas a unos bastones que se elevaban y contra¨ªan ?sobre una mesa. El hombre lo logr¨® cinco meses despu¨¦s de la operaci¨®n qui?r¨²rgica.

La investigaci¨®n de Donoghue, publicada recientemente en la revista Nature, abre la puerta al poder del pensamiento humano sobre los objetos. Hace solo unos a?os, el equipo de Miguel Nicolelis, de la Universidad de Durham en Carolina del Norte (EE UU), rompi¨® moldes con un experimento que podr¨ªa calificarse como el de las ratas sedientas. Nicolelis entren¨® a los animales para que usaran su poder mental y manejasen un brazo mec¨¢nico que les daba de beber. Al principio, ten¨ªan que apretar con sus garras una palanca. Un brazo rob¨®tico les acercaba una pajita por la que pod¨ªan sorber el l¨ªquido de un recipiente. Los investigadores implantaron posteriormente un dispositivo en sus cerebros que recog¨ªa las se?ales de las neuronas y las transmit¨ªan a un ordenador mediante un cable. Los animales aprendieron as¨ª a pensar que empujaban la palanca sin tener que hacerlo. El brazo robot descend¨ªa y les daba de beber.

Los dispositivos de interfaz cerebro-m¨¢quina ya est¨¢n funcionando en voluntarios que sufrieron una lesi¨®n medular. Muestran un camino hacia la recuperaci¨®n de la libertad que perdieron. Una v¨ªa abierta a la esperanza para mucha gente. (En Espa?a hay unos 20.000 lesionados; en EE UU, unos 300.000). La tecnolog¨ªa todav¨ªa no ha salido del laboratorio; el paciente tiene que enchufarse al sistema y seguir un entrenamiento, y la destreza lograda con el brazo robot es limitada, por no decir rudimentaria. Se puede tardar semanas o meses en agarrar una bola en el espacio, o en acercar un recipiente para beber. Pero una vez que se aprende, realizar la acci¨®n es casi inmediato. Es un camino a¨²n largo. Pero posible.

El caso de Cathy es ¨²nico. Ella lleva el electrodo implantado desde hace cinco a?os, todo un r¨¦cord. Los cient¨ªficos han observado que los dispositivos se estropean a los pocos meses o a?os, ya que el cerebro termina por rechazarlos. Do?noghue se?ala que no se pueden sacar conclusiones a partir de un solo enfermo. Es cauteloso a pesar de la resonancia de los resultados de su equipo, que ocup¨® la primera p¨¢gina de peri¨®dicos de todo el mundo el pasado mayo. El ¨¦xito de Cathy ¨Cque seguramente tiene mucho que ver con su voluntad f¨¦rrea para superar lo insuperable¨C les ha animado a seguir avanzando. El cerebro humano no deja de intrigarle. ¡°Estoy muy sorprendido. El trabajo realizado en mi laboratorio, sobre todo en ratas y monos, sugiere que cuando ocurre una lesi¨®n nerviosa, el cerebro se reorganiza de una forma muy r¨¢pida. Pero en casos as¨ª, donde la desconexi¨®n del cerebro del cuerpo es completa, lo que hemos visto es que esta parte del cerebro sigue funcionando, como si siguiera controlando el brazo. Hemos investigado lo que sucede en siete pacientes. Dos de ellos ten¨ªan una lesi¨®n medular, otros tres padec¨ªan esclerosis lateral amiotr¨®fica (ELA) y otros dos hab¨ªan sufrido un infarto cerebral. Y en cada uno de ellos lo que hemos encontrado es que cuando piensan que est¨¢n moviendo un brazo, su cerebro se enciende, y en concreto, la misma parte que controla el movimiento del brazo¡±.

El cerebro es capaz
de asignar nuevos circuitos para mover
un brazo rob¨®tico

El cerebro distribuye sus ¨®rdenes y crea mapas. Si usted levanta su mano izquierda y la coloca encima de su cabeza, extendiendo los dedos sobre la parte derecha, estar¨¢ cubriendo la zona de su corteza cerebral que se encarga casi exclusivamente de ejecutar el movimiento, nos dice este experto. Pero otras zonas se encargan antes de planificarlo. Desde hace tiempo, los investigadores saben que la corteza cerebral es parecida a un mapa geogr¨¢fico. En vez de dibujar las fronteras de los pa¨ªses, el mapa cerebral asigna zonas espec¨ªficas para el control de partes del cuerpo. La boca, el pene, los labios, las manos, las cejas, la lengua¡­ Todo est¨¢ representado en esta geograf¨ªa neuronal. Las experiencias previas con estos pacientes con los electrodos implantados y a los que se les pide que muevan con la mente el cursor en una pantalla de ordenador sugieren que, en todos ellos, el punto donde se insertan los diminutos electrodos parece ser el mismo: se ilumina cuando ellos imaginan que pueden mover sus brazos paralizados. Si esto se generalizase, significar¨ªa que los cerebros de muchos parapl¨¦jicos son mucho m¨¢s pl¨¢sticos de lo que se pensaba. Construyen y env¨ªan las ¨®rdenes para ejecutar movimientos pese a que fueron desconectados de sus cuerpos hace a?os.

El esp¨ªritu de este tipo de investigaciones tiene un mantra: convertir el pensamiento en acci¨®n, nos explica Jos¨¦ Carmena, un neurocient¨ªfico espa?ol que tiene su laboratorio en la Universidad de California en Berkeley. El sue?o se est¨¢ convirtiendo en realidad, si bien los primeros dispositivos cerebro-m¨¢quina son limitados. Habr¨¢ que esperar a las siguientes generaciones hasta que alg¨²n d¨ªa colmen el vac¨ªo de las vidas de aquellos que perdieron la libertad de moverse por s¨ª mismos. Carmena es optimista al respecto. ¡°Piense en los primeros marcapasos. Eran enormes y sal¨ªan cables de ellos. Ahora son peque?os y se implantan sin problemas en cualquier hospital¡±.

Uno de los hallazgos m¨¢s sobresalientes que se desprenden de la investigaci¨®n de este espa?ol radica en la plasticidad del cerebro para formar nuevos mapas. Cuando de ni?os aprendimos a mantener el equilibrio y pedalear en una bicicleta, nuestro cerebro lo memoriz¨®. Por ello nos familiarizamos con la bicicleta aunque hayan transcurrido muchos a?os desde la ¨²ltima vez. Carmena cree que, de la misma manera que aprendemos a manejar una raqueta de tenis, o a no caernos con los esqu¨ªes, el cerebro es capaz de asignar nuevos circuitos neuronales para controlar un brazo rob¨®tico o una pr¨®tesis, que no tienen que ser los mismos circuitos que manejan los brazos y las piernas. El cerebro podr¨ªa incorporar a sus mapas cerebrales la representaci¨®n y el manejo de un artefacto rob¨®tico y reconocerlo como si formara parte de tu cuerpo. Ser¨ªa la extensi¨®n perfecta de la voluntad humana plasmada en el control exquisito de la m¨¢quina. De momento, en sus experimentos con macacos, los animales tienen implantados microelectrodos en sus cortezas cerebrales motoras. Aprenden a mover un cursor con el pensamiento, desplaz¨¢ndolo por la pantalla de un ordenador hasta un punto, tras lo cual reciben un zumo como recompensa. Los animales lo lograron en una semana. Sus cerebros desarrollaron un nuevo mapa para controlar una parte artificial que no formaba parte de su cuerpo.

Carmena trabaj¨® como investigador posdoctoral en el laboratorio de Miguel Nicolelis, un cient¨ªfico brasile?o pionero que quiere sorprender al mundo en la inauguraci¨®n del pr¨®ximo Mundial de f¨²tbol, que se celebrar¨¢ en su pa¨ªs en 2014. Nicolelis est¨¢ trabajando en la construcci¨®n de un exoesqueleto que obedezca las ¨®rdenes mentales de un tetrapl¨¦jico, y que le permita caminar por un campo de f¨²tbol para inaugurar los mundiales. Con una diferencia sustancial: el cerebro tambi¨¦n tiene que recibir impresiones y sentir el exoesqueleto como si fuera una parte m¨¢s de su cuerpo. De momento, este investigador ha demostrado que es factible enviar informaci¨®n sensible al cerebro de un macaco, mediante filamentos que son m¨¢s finos que un cabello. El animal puede decidir, entre tres c¨ªrculos que tienen un aspecto id¨¦ntico, si uno de ellos tiene una textura m¨¢s rugosa o m¨¢s lisa. Pero no son sus dedos quienes le informan, sino las sensaciones tra¨ªdas por esos fin¨ªsimos electrodos.

El brazo de Luke, en referencia a la mano artificial que Luke Skywalker se coloca en el filme El imperio contraataca, existe. Se trata de una pr¨®tesis desarrollada por el investigador Dean Kamen y probada por Chuk Hildreth, que, 30 a?os atr¨¢s, perdi¨® los dos brazos al electrocutarse mientras pintaba una subestaci¨®n el¨¦ctrica. Hildreth ha probado el brazo de Luke y es capaz de sentirlo. Se ha convertido en un hombre bi¨®nico.

No es exactamente telepat¨ªa, pero piensas en algo y ese algo ocurre

El control de un brazo humano depende de unas 70.000 fibras que parten de la zona superior de la m¨¦dula espinal. Esas fibras nerviosas discurren por los hombros hasta el axila, y de all¨ª saltan al brazo. En el caso de Hildreth, un neurocirujano reconect¨® sus fibras a los m¨²sculos pectorales e implant¨® en ellos una serie de electrodos. Cuando Hildreth piensa en mover el brazo de metal, los m¨²sculos de su pecho se contraen. Los electrodos registran la se?al y la env¨ªan a los motores de la pr¨®tesis. Hildreth tambi¨¦n tiene bajo la piel un motor del tama?o de una chocolatina capaz de vibrar. El motor est¨¢ conectado mediante un microprocesador a un sensor en la palma de su mano artificial. Cuando Hildreth coge un vaso de papel con delicadeza para no estrujarlo, el sensor vibra ligeramente, y la sensaci¨®n que le llega a su brazo amputado es de ligereza. Si tiene que sostener un pesado taladro, la vibraci¨®n es mucho mayor, por lo que Hildreth agarra el taladro con m¨¢s fuerza para que no se le caiga. Este antiguo pintor controla los mandos del brazo de Luke con una serie de mandos tipo joystick instalados en sus zapatos, y los maneja con los dedos de los pies. ¡°Puedo hacer cosas que me resultaron imposibles durante 26 a?os¡±, manifest¨® Hildreth a la publicaci¨®n especializada IEEE Spectrum. ¡°Como pelar un pl¨¢tano sin hacerlo pur¨¦¡±. El brazo es el fruto de la compa?¨ªa Deka Research and Development y su desarrollo cost¨® m¨¢s de 18 millones de d¨®lares.

Rob Summers es otro caso excepcional. Qued¨® parapl¨¦jico cuando, a los 25 a?os, un coche le embisti¨® y se dio a la fuga en el verano de 2006. Ten¨ªa por delante una prometedora carrera deportiva como jugador de b¨¦isbol. Le dijeron que jam¨¢s podr¨ªa volver a andar ni mantenerse de pie. La ruta nerviosa que conectaba su cerebro con las piernas hab¨ªa quedado rota.

A pesar de ello, un estimulador el¨¦ctrico implantado en su m¨¦dula le ha permitido, con entrenamiento, el milagro de sostenerse de pie durante algunos minutos, e incluso dar pasos en una cinta para correr. Summers se convirti¨® en el primer parapl¨¦jico que fue capaz de moverse por s¨ª solo con la ayuda de la estimulaci¨®n. El equipo de investigadores, liderado por Reggie Edgerton, neurocient¨ªfico de la Universidad de California en Los ?ngeles (UCLA), public¨® los resultados en la revista The Lancet. ¡°Gracias a los experimentos con animales, sabemos que la m¨¦dula espinal contiene una serie de sofisticados circuitos que realmente la hacen inteligente, hasta el punto de que puede aprender una funci¨®n motora si se la ense?a, y esto sucede incluso ante la total ausencia de se?ales del cerebro¡±, coment¨® Edgerton en un entrevista realizada por la UCLA. La m¨¦dula espinal, por tanto, es inteligente y puede aprender por s¨ª sola a estimular las piernas y recibir sus sensaciones. En opini¨®n de Susan Harkema, neurocient¨ªfica de la Universidad de Louisville (EE UU), los nervios de la m¨¦dula pueden hacer lo mismo que el cerebro. Pero el caso de Summers no puede generalizarse, advierte Edgerton. Su lesi¨®n medular, aunque muy severa, no fue completa. Eso quiere decir que en sus piernas reten¨ªa algo de sensibilidad, cosa que no sucede con las lesiones medulares radicales. Pero el hecho de ponerse de pie durante unos minutos es muy importante para una persona que no ha podido hacerlo en a?os.

La fusi¨®n entre el cerebro y la m¨¢quina, con intercambio mutuo de informaci¨®n, ya ha comenzado, pero queda mucho por hacer. Los dispositivos de interfaz que conectan a los enfermos mediante un cable y un enchufe a la electr¨®nica a¨²n no han salido del laboratorio. Donoghue quiere lograr interfaces inal¨¢mbricos. ¡°No queremos que el enfermo tenga un enchufe en la cabeza. Piense en los tel¨¦fonos tradicionales. Cuando salieron, estaban fijados a la pared con un cable, al igual que el auricu?lar con el tel¨¦fono. Estamos ahora en esa etapa, pero queremos pasar a la siguiente, para convertir estos sistemas en algo totalmente inal¨¢mbrico, sin cables, para que la gente se mueva adonde quiera, y siempre lo lleven consigo¡±.

Chuck Hildreth es
un hombre bi¨®nico.
Mueve el 'brazo
met¨¢lico de Luke'

Los dispositivos interfaz tienen numerosas ventajas frente a otros sistemas no invasivos, como las caperuzas de electrodos, los cuales han permitido el control de una silla de ruedas o un cursor con un entrenamiento intensivo. Los primeros captan directamente el susurro de las neuronas. La se?al se magnifica y procesa despu¨¦s en una computadora, y el an¨¢lisis es cada vez m¨¢s fino debido al avance de la inform¨¢tica. Las caperuzas de goma de electrodos, en cambio, se colocan con facilidad como un gorro, pero capturan mucho m¨¢s ruido cerebral. ¡°Imagine que est¨¢ viendo un partido de f¨²tbol entre Espa?a e Italia desde un globo, y desea saber cu¨¢les son las instrucciones que les da el portero a los jugadores. Con la caperuza de electrodos, lo ¨²nico que captar¨ªa es el rumor, las reacciones del p¨²blico. Con nuestros dispositivos podr¨ªa escuchar las conversaciones individuales, lo que el entrenador les dice a los jugadores¡±, explica Donoghue.

Los chips, sin embargo, no son a¨²n duraderos. El caso de Cathy Hutchinson es excepcional. ¡°El reto es conseguir que un dispositivo funcione durante d¨¦cadas en la vida de una persona, que no se degrade con el tiempo y en tres a?os deje de funcionar¡±, destaca Carmena. Se trata de lograr implantes biocompatibles, que produzcan una se?al clara y sin cables. En pocas d¨¦cadas, estos dispositivos permitir¨ªan a los discapacitados controlar artefactos con el pensamiento de una manera natural. ¡°No es exactamente telepat¨ªa, pero piensas en algo y ese algo ocurre¡±, dice Donoghue.

En un plano especulativo, uno podr¨ªa pensar en un n¨²mero de tel¨¦fono, el implante recoger¨ªa la se?al y la enviar¨ªa de forma inal¨¢mbrica a un aparato que marca el n¨²mero pensado. ¡°A¨²n no tenemos ni idea de c¨®mo se representan los n¨²meros en el cerebro. De momento, estamos tratando de replicar los pensamientos sobre mover brazos en el cerebro, y eso es ya todo un reto¡±.

Por su parte, el neurocient¨ªfico espa?ol Jos¨¦ Carmena est¨¢ convencido de que estas investigaciones abanderan una revoluci¨®n sin precedentes. El sue?o es lograr que alg¨²n d¨ªa la mente humana maneje un artefacto rob¨®tico de una forma natural con la misma destreza con la que controla rutinariamente los movimientos de nuestro cuerpo. La tecnolog¨ªa no est¨¢ disponible a¨²n en la cl¨ªnica, pero llegar¨¢. Ahora ya es posible convertir un pensamiento en acci¨®n. ¡°Hace 10 a?os, esto era ciencia ficci¨®n¡±.