Controlar dispositivos con la mente: dos experimentos logran superar dos escollos clave gracias a la inteligencia artificial

Encender o apagar un dispositivo, mover un robot o escribir con la mente ya es posible. El cerebro emite ondas singulares desde regiones específicas para cada orden. Esta actividad eléctrica se puede convertir en información representada por un código binario (el que procesan las computadoras comunes) y ser transmitida a un dispositivo. Sin embargo, los sistemas con los que ahora se investiga presentan dos problemas. El más popular, por ser desarrollado por Neuralink (la empresa de Elon Musk), incorpora implantes cerebrales que pueden generar el rechazo del cuerpo. Los que utilizan cascos externos (empresas como Emotiv ya comercializan varios modelos) se enfrentan al inconveniente de las interferencias. Dos experimentos, uno desarrollado por el programa espacial chino y otro por investigadores de universidades de España, Reino Unido, China y Perú, han conseguido salvar estos dos escollos evitando los implantes y aplicando inteligencia artificial que corrige los errores para alcanzar una precisión de hasta el 99%.

La base de ambos experimentos es la electroencefalografía (EEG) no invasiva (sin implantes). Consiste en la medición de la actividad eléctrica generada por las células cerebrales a partir de electrodos colocados sobre el cuero cabelludo. El principal escollo es que cualquier interferencia externa, cualquier ruido o la presencia de un celular, genera errores de lectura de la información cerebral e impide la interpretación correcta de la orden.

Un equipo de investigadores dirigido por Wang Congqing ha desarrollado un experimento en el Centro de Investigación y Entrenamiento de Astronautas de China, con sede en Pekín, para el control de equipos utilizando sus ondas cerebrales. El trabajo, revisado y publicado en la revista científica Computer Measurement and Control y difundido por South China Morning Post, ha arrojado resultados del 99% de eficacia en la manipulación de un brazo robótico y se prevé su aplicación en la estación espacial china Tiangong (Palacio en el cielo). Según afirma el investigador en la publicación científica, “una persona sin entrenamiento puede usarlo para emitir comandos con una precisión y velocidad bastante altas”. Para mejorar el rendimiento del dispositivo, el equipo utilizó inteligencia artificial para discriminar los patrones de ondas cerebrales.

Un planteamiento parecido ha sido desarrollado en una investigación publicada en Applied Soft Computing por el grupo Sistemas Inteligentes Basados en Análisis de Decisión Difuso (SINBAD), de la Universidad de Jaén, y las facultades de Ingeniería y Tecnología de Essex (Reino Unido), Nantong (China) y Lima (Perú), según difundió la fundación Descubre.

El modelo, basado en la aplicación de inteligencia artificial y lógica difusa (representar el conocimiento en leguaje matemático para decisiones complejas en problemas que presentan incertidumbre, imprecisión o vaguedad), se ha experimentado con voluntarios sanos y pacientes de accidentes cerebrovasculares en un entorno cotidiano, donde cualquier ruido o interferencia puede alterar la lectura de la actividad cerebral. La efectividad registrada ha sido de entre el 74,3% y el 98,6%. Los participantes en el estudio han sido capaces de seleccionar un carácter en un teclado virtual y activar interruptores de dispositivos con la mente.

Javier Andreu-Pérez, autor principal del estudio, malagueño, investigador de SINBAD y presidente de un grupo del Centro de Inteligencia Computacional de la Universidad de Essex, resume que su investigación demuestra una “decodificación del pensamiento bastante buena para el control de dispositivos de una casa domótica”. Y precisa: “No corregimos la mente. La persona piensa lo que tiene que pensar si tiene que centrarse en encender un determinado electrodoméstico. Lo que nosotros hemos mejorado es la descodificación utilizando el aprendizaje profundo en combinación con técnicas de procesado difuso para eliminar todo ese ruido que hay alrededor de la señal y centrarnos en la actividad neuronal que se puede captar por la electroencefalografía”.

Dificultades

La investigación salva de esta forma uno de los escollos principales de esta tecnología. Andreu-Pérez explica que “un celular, el ruido ambiental, el pelo o incluso unos pasos pueden corromper la señal”. “En un laboratorio se pueden reducir las interferencias, pero nosotros lo hemos probado en un ambiente natural”, resalta.

El otro gran reto que han sorteado es la implantación de dispositivos en el cerebro, una de las grandes limitaciones de estas tecnologías por sus efectos secundarios. En este sentido, el investigador simplifica para explicar el proceso: “Cada neurona genera un impulso eléctrico de un voltaje muy pequeño. Se puede capturar por un electrodo, que suele ser de oro o de platino y que se implanta en la cabeza. Nosotros usamos un casco externo que escucha ese voltaje, lo amplifica y lo capturamos para poderlo procesar”.

Andreu-Pérez explica el porqué de la diferencia de los resultados: “Una persona es capaz de concentrarse en un determinado pensamiento mejor que otra y facilitarlo de una forma más clara para que nosotros podamos codificarlo”. “En general”, afirma, “los porcentajes medios han sido bastante buenos. Siempre hay un margen de error, pero han funcionado bastante bien”.

Aplicaciones

Aunque el experimento se ha centrado en acciones simples de domótica, como encender una luz con la mente o activar un electrodoméstico, el futuro de esta tecnología es gigantesco. Lo explica el investigador español: “Hemos empezado con esto, pero somos más ambiciosos: queremos llegar a la robótica, a la conducción, a la neuromedicina, al ocio… Al final es utilizar tu cerebro como otra extremidad de tu cuerpo de la forma más natural posible”.

En este sentido, otra de las vías de desarrollo del equipo de Andreu-Pérez es la creación de dispositivos de lectura de la EEG cada vez más pequeños. Mikhail Lebedev, neurocientífico de la Universidad de Skoltech (Moscú) y ajeno al estudio liderado por el investigador español y al experimento chino, resalta las posibilidades de los dispositivos de encefalografía, especialmente en el campo médico: “Pueden ayudar a las personas con movilidad restringida a recuperar el control de sus extremidades o proporcionar advertencias anticipadas de una convulsión inminente a pacientes con epilepsia”. Y añade otras aplicaciones como la investigación sobre el sueño, la toma de decisiones, la memoria y la atención. También como fórmula de evaluación de un daño cerebral o para la monitorización de pacientes en coma, sin excluir la manipulación de dispositivos, desde el brazo de un exoesqueleto a encender un televisor, o el ocio.

Dispositivos

Lebedev, autor de un artículo en Experimental Brain Research, coincide con Andreu-Pérez en que una de las claves será el desarrollo de dispositivos compactos y asequibles. Según explica, el problema con los sistemas existentes utilizados en laboratorios y hospitales es que son voluminosos y caros o el número de electrodos es limitado, lo que resulta en una calidad de señal moderada. Los dispositivos de aficionados tienden a ser más asequibles, pero con una sensibilidad aún más pobre.

Para salvar estas limitaciones, los investigadores de la Universidad Estatal de los Urales del Sur, la Universidad Estatal de Carolina del Norte y Brainflow, dirigidos por el ingeniero de investigación electrónica Ildar Rakhmatulin y Lebedev, han creado un dispositivo que se puede construir con una inversión aproximada de 350 euros, un tercio del coste de los análogos disponibles actualmente, con 24 electrodos más que los convencionales, de 150 gramos y con una calidad de señal acorde a las necesidades medias de una investigación.

Pero el mayor inconveniente del avance de estas tecnologías es la privacidad del pensamiento y la influencia externa en el cerebro. Andreu-Pérez lo reconoce. “Nosotros avanzamos en el ámbito tecnológico, pero tiene que haber un trabajo ético paralelo. No puede haber una cosa sin la otra”.

Implicaciones éticas

En este sentido, investigadores del Imperial College de Londres han realizado en APL Bioengineering una revisión de los dispositivos modernos de interfaz cerebro-computadora (BCI) comerciales para analizar las principales limitaciones tecnológicas y desafíos éticos y legales.

De acuerdo con los investigadores, la tecnología permite la comunicación en ambos sentidos, por lo que presenta ventajas para pacientes con daños cerebrales o podría favorecer el aprendizaje, pero también, según Rylie Green, coautora del estudio, “se hace evidente que las neurotecnologías tienen el potencial de moldear profundamente nuestra propia experiencia humana”.

No se refiere solo a potenciales efectos secundarios mentales y fisiológicos que aún están sin explorar, sino también al potencial de explotación de datos neuronales de los usuarios por parte de las empresas privadas que desarrollan estas tecnologías. “Aparte del valor diagnóstico, los datos de EEG podrían usarse para inferir estados emocionales y cognitivos, lo que proporcionaría una visión incomparable de las intenciones, preferencias y emociones del usuario”, advierten los investigadores.

¿Qué pasaría si la tecnología permitiera solo a quienes pueden pagarla obtener mejores resultados académicos ampliando las desigualdades, o si la propietaria de los datos cerebrales quisiera comercializarlos o usarlos para inducir determinados comportamientos? “Este panorama sombrío plantea un dilema interesante para los responsables de la formulación de políticas en la comercialización de BCI”, afirma Green. Y se pregunta: “¿Deberían los organismos reguladores intervenir para prevenir el uso indebido y el acceso desigual a la neurotecnología? ¿Debería la sociedad seguir el camino tomado por innovaciones anteriores, como internet o el teléfono inteligente, que originalmente se dirigían a nichos de mercado, pero ahora se comercializan a escala global?”.

La investigadora cree, como Andreu-Pérez, que es imprescindible una actuación en paralelo al necesario y prometedor desarrollo tecnológico: “A pesar de los riesgos potenciales, la capacidad de integrar la sofisticación de la mente con las capacidades de la tecnología moderna constituye un logro científico sin precedentes que está comenzando a desafiar nuestras propias ideas preconcebidas de lo que es un ser humano”.

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