Así como los antiguos griegos fantaseaban con el vuelo en alza, la imaginación de hoy sueña con fusionar mentes y máquinas como remedio al molesto problema de la mortalidad humana. ¿Puede la mente conectarse directamente con inteligencia artificial, robots y otras mentes a través de tecnologías de interfaz cerebro-computadora (BCI) para trascender nuestras limitaciones humanas?
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En los últimos 50 años, los investigadores de laboratorios universitarios y empresas de todo el mundo han logrado un progreso impresionante hacia el logro de tal visión. Recientemente, emprendedores exitosos como Elon Musk (Neuralink) y Bryan Johnson (Kernel) han anunciado nuevas startups que buscan mejorar las capacidades humanas a través de la interfaz cerebro-computadora.
¿Qué tan cerca estamos realmente de conectar con éxito nuestros cerebros a nuestras tecnologías? ¿Y cuáles podrían ser las implicaciones cuando nuestras mentes están conectadas?
Orígenes: rehabilitación y restauración
Eb Fetz, investigador aquí en el Centro de Ingeniería Neuromotorimotora (CSNE), es uno de los primeros pioneros en conectar las máquinas a las mentes. En 1969, antes de que hubiera incluso computadoras personales, demostró que los monos pueden amplificar sus señales cerebrales para controlar una aguja que se movía en un dial.
Gran parte del trabajo reciente sobre BCI tiene como objetivo mejorar la calidad de vida de las personas que están paralizadas o tienen discapacidades motoras graves. Es posible que haya visto algunos logros recientes en las noticias: los investigadores de la Universidad de Pittsburgh usan señales registradas dentro del cerebro para controlar un brazo robótico. Los investigadores de Stanford pueden extraer las intenciones de movimiento de los pacientes paralizados de sus señales cerebrales, lo que les permite usar una tableta de forma inalámbrica.
Del mismo modo, algunas sensaciones virtuales limitadas pueden enviarse de regreso al cerebro, mediante la entrega de corriente eléctrica dentro del cerebro o hacia la superficie del cerebro.
¿Qué pasa con nuestros principales sentidos de la vista y el sonido? Se han implementado comercialmente versiones muy tempranas de ojos biónicos para personas con discapacidad visual severa, y en este momento se están realizando pruebas en humanos con versiones mejoradas. Los implantes cocleares, por otro lado, se han convertido en uno de los implantes biónicos más exitosos y más frecuentes: más de 300, 000 usuarios en todo el mundo usan los implantes para escuchar.
Una interfaz bidireccional cerebro-computadora (BBCI) puede registrar señales del cerebro y enviar información al cerebro a través de la estimulación. (Centro de ingeniería neuronal sensoriomotora (CSNE), CC BY-ND) Los BCI más sofisticados son los BCI "bidireccionales" (BBCI), que pueden registrar y estimular el sistema nervioso. En nuestro centro, estamos explorando BBCI como una nueva herramienta radical de rehabilitación para derrames cerebrales y lesiones de la médula espinal. Hemos demostrado que un BBCI puede usarse para fortalecer las conexiones entre dos regiones del cerebro o entre el cerebro y la médula espinal, y redirigir información alrededor de un área de lesión para reanimar una extremidad paralizada.
Con todos estos éxitos hasta la fecha, puede pensar que una interfaz cerebro-computadora está lista para ser el próximo dispositivo de consumo imprescindible.
Todavía temprano
Una rejilla de electrocorticografía, utilizada para detectar cambios eléctricos en la superficie del cerebro, se está probando para determinar sus características eléctricas. (Centro de ingeniería neuronal sensoriomotora, CC BY-ND) Pero una mirada cuidadosa a algunas de las demostraciones actuales de BCI revela que todavía tenemos un camino por recorrer: cuando las BCI producen movimientos, son mucho más lentas, menos precisas y menos complejas que lo que las personas sin discapacidad hacen fácilmente todos los días con sus extremidades. Los ojos biónicos ofrecen una visión de muy baja resolución; Los implantes cocleares pueden transportar electrónicamente información limitada del habla, pero distorsionan la experiencia de la música. Y para que todas estas tecnologías funcionen, los electrodos deben implantarse quirúrgicamente, una perspectiva que la mayoría de la gente de hoy no consideraría.
Sin embargo, no todos los BCI son invasivos. Existen BCI no invasivos que no requieren cirugía; Por lo general, se basan en grabaciones eléctricas (EEG) del cuero cabelludo y se han utilizado para demostrar el control de cursores, sillas de ruedas, brazos robóticos, drones, robots humanoides e incluso comunicación de cerebro a cerebro.
Pero todas estas demostraciones han estado en el laboratorio, donde las habitaciones son tranquilas, los sujetos de prueba no están distraídos, la configuración técnica es larga y metódica, y los experimentos duran lo suficiente como para demostrar que un concepto es posible. Se ha demostrado que es muy difícil hacer que estos sistemas sean lo suficientemente rápidos y robustos como para ser de uso práctico en el mundo real.
Incluso con electrodos implantados, otro problema al tratar de leer las mentes surge de cómo están estructurados nuestros cerebros. Sabemos que cada neurona y sus miles de vecinos conectados forman una red inimaginablemente grande y en constante cambio. ¿Qué podría significar esto para los neuroingenieros?
Imagina que estás tratando de entender una conversación entre un gran grupo de amigos sobre un tema complicado, pero solo puedes escuchar a una sola persona. Es posible que pueda descubrir el tema muy aproximado de qué se trata la conversación, pero definitivamente no todos los detalles y matices de toda la discusión. Debido a que incluso nuestros mejores implantes solo nos permiten escuchar algunos parches pequeños del cerebro a la vez, podemos hacer algunas cosas impresionantes, pero no estamos cerca de entender la conversación completa.
También existe lo que consideramos una barrera del idioma. Las neuronas se comunican entre sí a través de una interacción compleja de señales eléctricas y reacciones químicas. Este lenguaje electroquímico nativo se puede interpretar con circuitos eléctricos, pero no es fácil. Del mismo modo, cuando le respondemos al cerebro mediante la estimulación eléctrica, es con un fuerte "acento" eléctrico. Esto dificulta que las neuronas entiendan lo que la estimulación está tratando de transmitir en medio de todas las demás actividades neuronales en curso.
Finalmente, está el problema del daño. El tejido cerebral es blando y flexible, mientras que la mayoría de nuestros materiales conductores de electricidad (los cables que se conectan al tejido cerebral) tienden a ser muy rígidos. Esto significa que la electrónica implantada a menudo causa cicatrices y reacciones inmunes, lo que significa que los implantes pierden efectividad con el tiempo. Las fibras y matrices biocompatibles flexibles pueden eventualmente ayudar a este respecto.
Coadaptación, convivencia
A pesar de todos estos desafíos, somos optimistas sobre nuestro futuro biónico. Las BCI no tienen que ser perfectas. El cerebro es increíblemente adaptable y capaz de aprender a usar BCI de manera similar a cómo aprendemos nuevas habilidades como conducir un automóvil o usar una interfaz de pantalla táctil. Del mismo modo, el cerebro puede aprender a interpretar nuevos tipos de información sensorial incluso cuando se entrega de forma no invasiva utilizando, por ejemplo, pulsos magnéticos.
En última instancia, creemos que un BCI bidireccional "coadaptativo", donde la electrónica aprende con el cerebro y responde constantemente al cerebro durante el proceso de aprendizaje, puede ser un paso necesario para construir el puente neural. Construir tales BCI bidireccionales coadaptativos es el objetivo de nuestro centro.
Estamos igualmente entusiasmados con los éxitos recientes en el tratamiento dirigido de enfermedades como la diabetes mediante el uso de "electroquímicos", pequeños implantes experimentales que tratan una enfermedad sin medicamentos mediante la comunicación de comandos directamente a los órganos internos.
Y los investigadores han descubierto nuevas formas de superar la barrera del lenguaje eléctrico a bioquímico. El “cordón neural” inyectable, por ejemplo, puede ser una forma prometedora de permitir que las neuronas crezcan gradualmente junto a los electrodos implantados en lugar de rechazarlos. Las sondas flexibles basadas en nanocables, los andamios neuronales flexibles y las interfaces de carbono vítreo también pueden permitir que las computadoras biológicas y tecnológicas coexistan felizmente en nuestros cuerpos en el futuro.
De asistencia a aumento
La nueva startup de Elon Musk, Neuralink, tiene el objetivo final declarado de mejorar a los humanos con BCI para dar a nuestros cerebros una ventaja en la carrera armamentista en curso entre la inteligencia humana y artificial. Espera que con la capacidad de conectarse a nuestras tecnologías, el cerebro humano pueda mejorar sus propias capacidades, posiblemente permitiéndonos evitar un futuro distópico potencial donde la IA ha superado con creces las capacidades humanas naturales. Tal visión ciertamente puede parecer lejana o fantasiosa, pero no deberíamos descartar una idea solo sobre la extrañeza. Después de todo, los autos autónomos fueron relegados al reino de la ciencia ficción incluso hace una década y media, y ahora comparten nuestras carreteras.
Un BCI puede variar a lo largo de múltiples dimensiones: si interactúa con el sistema nervioso periférico (un nervio) o el sistema nervioso central (el cerebro), si es invasivo o no invasivo y si ayuda a restaurar la función perdida o mejora las capacidades. (James Wu; adaptado de Sakurambo, CC BY-SA) En un futuro más cercano, a medida que las interfaces cerebro-computadora van más allá de restaurar la función de las personas discapacitadas a aumentar las personas sin discapacidad más allá de su capacidad humana, debemos ser muy conscientes de una serie de problemas relacionados con el consentimiento, la privacidad, la identidad, la agencia y la desigualdad . En nuestro centro, un equipo de filósofos, clínicos e ingenieros está trabajando activamente para abordar estos problemas de justicia ética, moral y social y ofrecer pautas neuroéticas antes de que el campo avance demasiado.
Conectar nuestros cerebros directamente a la tecnología puede ser, en última instancia, una progresión natural de cómo los humanos se han aumentado con la tecnología a lo largo de los años, desde usar ruedas para superar nuestras limitaciones bípedas hasta hacer anotaciones en tabletas de arcilla y papel para aumentar nuestros recuerdos. Al igual que las computadoras, los teléfonos inteligentes y los auriculares de realidad virtual de hoy, los BCI aumentativos, cuando finalmente lleguen al mercado de consumo, serán estimulantes, frustrantes, arriesgados y, al mismo tiempo, llenos de promesas.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.
James Wu, Ph.D. Estudiante de Bioingeniería, Investigador del Centro de Ingeniería Neurosensorial, Universidad de Washington.
Rajesh PN Rao, profesor de ciencias de la computación e ingeniería y director del Centro de ingeniería neuronal sensoriomotora de la Universidad de Washington
