Por qué la comunicación cerebro a cerebro ya no es impensable

Telepatía, alrededor del siglo 23: la fusión de la mente vulcana, lograda al tocar las sienes con la punta de los dedos, es una técnica aceptada para avanzar en la trama de un episodio de "Star Trek" con un mínimo de diálogo, al compartir impresiones sensoriales, recuerdos y pensamientos entre personajes no humanos

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Telepatía, 2015: en el Centro de Ingeniería Neuromotriz Sensorimotora de la Universidad de Washington, una joven se pone una gorra de electroencefalograma, tachonada con electrodos que pueden leer las fluctuaciones diminutas de voltaje en su cerebro. Ella está jugando un juego, respondiendo preguntas girando su mirada hacia una de las dos luces estroboscópicas etiquetadas "sí" y "no". La luz "sí" parpadea a 13 veces por segundo, el "no" a las 12 y la diferencia es demasiado pequeño para que ella lo perciba, pero suficiente para que una computadora detecte el disparo de neuronas en su corteza visual. Si la computadora determina que está mirando la luz "sí", envía una señal a una habitación en otro edificio, donde otra mujer está sentada con una bobina magnética colocada detrás de su cabeza. Una señal de "sí" activa el imán, causando una breve perturbación en el campo visual del segundo sujeto, un destello virtual (un "fosfeno") que ella describe como similar a la aparición de rayos de calor en el horizonte. De esta manera, las respuestas de la primera mujer se transmiten a otra persona en todo el campus, yendo "Star Trek" una mejor: intercambiando información entre dos mentes que ni siquiera están en el mismo lugar.

Durante casi toda la historia humana, se sabía que solo los cinco sentidos naturales servían como una vía hacia el cerebro, y el lenguaje y los gestos como canales de salida. Ahora los investigadores están rompiendo esos límites de la mente, moviendo información dentro y fuera del espacio y el tiempo, manipulándola y potencialmente mejorándola. Este experimento y otros han sido una "demostración para iniciar la conversación", dice el investigador Rajesh Rao, quien lo realizó junto con su colega Andrea Stocco. La conversación, que probablemente dominará la neurociencia durante gran parte de este siglo, promete una nueva tecnología que afectará drásticamente la forma en que tratamos la demencia, el accidente cerebrovascular y las lesiones de la médula espinal. Pero también se tratará de la ética de nuevas herramientas poderosas para mejorar el pensamiento y, en última instancia, la naturaleza misma de la conciencia y la identidad.

Ese nuevo estudio surgió del trabajo de Rao en "interfaces cerebro-computadora", que procesan los impulsos neuronales en señales que pueden controlar dispositivos externos. El uso de un EEG para controlar un robot que puede navegar por una habitación y recoger objetos, que Rao y sus colegas demostraron desde 2008, puede ser algo común algún día para los tetrapléjicos.

Los esqueletos robóticos con sensores táctiles, mantenidos aquí por Miguel Nicolelis, detectan cambios en la posición, temperatura y presión y envían esa información al cerebro. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) Para controlar el cerebro de forma no invasiva, Rajesh Rao ajusta a los participantes del estudio con tapas de EEG y agrega gel conductor para que el cuero cabelludo y los electrodos hagan buen contacto. (Jose Mandojana) El equipo que usaron los investigadores en la demostración incluyó una tapa de EEG, electrodos de EEG, cables, una caja de control y un amplificador de señal. (Jose Mandojana) Los monos en un estudio reciente usaron sus cerebros para controlar un brazo virtual y manipular objetos virtuales. Las señales eléctricas retroalimentadas al cerebro imitaban el sentido del tacto. (Laboratorio Nicolelis) Los investigadores están rompiendo los límites de la mente, moviendo información dentro y fuera del espacio y el tiempo. (Jose Mandojana) Los investigadores de la Universidad de Washington Rajesh Rao (izquierda) y Andrew Stocco (derecha) participan en la primera demostración de interfaz cerebro a cerebro. (Universidad de Washington )

En lo que Rao dice que fue la primera instancia de un mensaje enviado directamente de un cerebro humano a otro, alistó a Stocco para que ayudara a jugar un juego básico del tipo "Space Invaders". Mientras una persona miraba el ataque en una pantalla y se comunicaba usando solo el mejor momento para disparar, la otra recibió un impulso magnético que hizo que su mano, sin esfuerzo consciente, apretara un botón en un teclado. Después de un poco de práctica, dice Rao, se volvieron bastante buenos en eso.

"Eso es bueno", le dije, cuando me describió el procedimiento. "¿Puedes hacer que toque el piano?"

Rao suspiró. "No con nada de lo que estamos usando ahora".

Por todo lo que la ciencia ha estudiado y mapeado el cerebro en las últimas décadas, la mente sigue siendo una caja negra. Un famoso ensayo de 1974 del filósofo Thomas Nagel preguntó: "¿Cómo es ser un murciélago?" Y concluyó que nunca lo sabremos; otra conciencia, la de otra persona, y mucho menos un miembro de otra especie, nunca puede ser comprendida o accedida. Para Rao y algunos otros abrir esa puerta una pequeña grieta, entonces, es un logro notable, incluso si el trabajo ha subrayado en gran medida lo grande que es el desafío, tanto conceptual como tecnológicamente.

La potencia informática y la programación están a la altura; El problema es la interfaz entre el cerebro y la computadora, y especialmente la que va en la dirección de la computadora al cerebro. ¿Cómo se transmite una señal al grupo correcto de células nerviosas entre los 86 mil millones estimados en un cerebro humano? El enfoque más eficiente es un transceptor implantado que puede conectarse para estimular pequeñas regiones del cerebro, incluso en una sola neurona. Dichos dispositivos ya están en uso para la "estimulación cerebral profunda", una técnica para tratar pacientes con Parkinson y otros trastornos con impulsos eléctricos. Pero una cosa es realizar una cirugía cerebral para una enfermedad incurable, y otra cosa es hacerlo como parte de un experimento cuyos beneficios son especulativos en el mejor de los casos.

Entonces, Rao usó una técnica que no implica abrir el cráneo, un campo magnético fluctuante para inducir una pequeña corriente eléctrica en una región del cerebro. Parece seguro, su primer voluntario fue su colaborador, Stocco, pero es un mecanismo burdo. El área más pequeña que puede ser estimulada de esta manera, dice Rao, no mide exactamente media pulgada de ancho. Esto limita su aplicación a los movimientos motores gruesos, como presionar un botón o la simple comunicación de sí o no.

Otra forma de transmitir información, llamada ultrasonido focalizado, parece ser capaz de estimular una región del cerebro tan pequeña como un grano de arroz. Mientras que las aplicaciones médicas para el ultrasonido, como la imagen y la ablación de tejidos, usan altas frecuencias, desde 800 kilohercios hasta el rango de megahercios, un equipo dirigido por el radiólogo de Harvard Seung-Schik Yoo descubrió que una frecuencia de 350 kilohercios funciona bien, y aparentemente de forma segura, para enviar una señal al cerebro de una rata. La señal se originó con un voluntario humano equipado con un electroencefalograma, que muestreó sus ondas cerebrales; Cuando se enfocó en un patrón específico de luces en la pantalla de una computadora, una computadora envió una señal de ultrasonido a la rata, que movió su cola en respuesta. Yoo dice que la rata no mostró efectos nocivos, pero la seguridad del ultrasonido enfocado en el cerebro humano no está probada. Parte del problema es que, a diferencia de la estimulación magnética, el mecanismo por el cual las ondas de ultrasonido, una forma de energía mecánica, crea un potencial eléctrico no se entiende completamente. Una posibilidad es que funciona indirectamente al "abrir" las vesículas, o sacos, dentro de las células del cerebro, inundándolas con neurotransmisores, como administrar una inyección de dopamina en el área correcta. Alternativamente, el ultrasonido podría inducir cavitación (burbujeo) en la membrana celular, cambiando sus propiedades eléctricas. Yoo sospecha que el cerebro contiene receptores para la estimulación mecánica, incluido el ultrasonido, que los neurocientíficos han pasado por alto en gran medida. Tales receptores darían cuenta del fenómeno de "ver estrellas" o destellos de luz, por ejemplo, de un golpe en la cabeza. Si se demuestra que la ecografía focalizada es segura y se convierte en un enfoque factible para una interfaz computadora-cerebro, se abriría una amplia gama de posibilidades inexploradas, de hecho, apenas imaginadas.

La comunicación verbal directa entre individuos, una versión más sofisticada del experimento de Rao, con dos personas conectadas que intercambian afirmaciones explícitas con solo pensarlas, es la aplicación más obvia, pero no está claro que una especie que posee lenguaje necesite una forma más avanzada tecnológicamente para decir " Llego tarde ", o incluso" Te amo ". John Trimper, un candidato a doctorado en psicología de la Universidad Emory, que ha escrito sobre las implicaciones éticas de las interfaces cerebro a cerebro, especula que la tecnología, " especialmente a través de la tecnología inalámbrica las transmisiones podrían eventualmente permitir que los soldados o la policía, o los delincuentes, se comuniquen en silencio y de manera encubierta durante las operaciones ”. Eso sería en un futuro lejano. Hasta ahora, el mensaje más rico en contenido enviado de cerebro a cerebro entre humanos viajó de un sujeto en India a uno en Estrasburgo, Francia. El primer mensaje, laboriosamente codificado y decodificado en símbolos binarios por un grupo con sede en Barcelona, ​​fue " hola ". Con una interfaz más sofisticada, uno puede imaginar, por ejemplo, una víctima de un accidente cerebrovascular paralizado que se comunica con un cuidador, o su perro. Sin embargo, si lo que dice es: "Tráeme el periódico", hay, o habrá pronto, sintetizadores de voz, y robots, que pueden hacer eso. Pero, ¿qué pasa si la persona es Stephen Hawking, el gran físico afectado por ALS, que se comunica usando un músculo de la mejilla para escribir las primeras letras de una palabra? El mundo seguramente podría beneficiarse de un canal directo a su mente.

Tal vez todavía estamos pensando demasiado pequeño. Tal vez un análogo al lenguaje natural no sea la mejor aplicación para una interfaz de cerebro a cerebro. En cambio, debe ser algo más global, más ambicioso: información, habilidades, incluso información sensorial cruda. ¿Qué pasaría si los estudiantes de medicina pudieran descargar una técnica directamente del cerebro del mejor cirujano del mundo, o si los músicos pudieran acceder directamente a la memoria de un gran pianista? "¿Hay una sola forma de aprender una habilidad?", Reflexiona Rao. "¿Puede haber un atajo, y eso es hacer trampa?" Ni siquiera tiene que involucrar a otro cerebro humano en el otro extremo. Podría ser un animal, ¿cómo sería experimentar el mundo a través del olfato, como un perro, o por ecolocación, como un murciélago? O podría ser un motor de búsqueda. "Es una trampa en un examen si usa su teléfono inteligente para buscar cosas en Internet", dice Rao, "pero ¿qué pasa si ya está conectado a Internet a través de su cerebro? Cada vez más, la medida del éxito en la sociedad es la rapidez con la que accedemos, asimilamos y usamos la información que existe, no cuánto puede acumular en su propia memoria. Ahora lo hacemos con nuestros dedos. Pero, ¿hay algo intrínsecamente malo en hacerlo con solo pensar?

O bien, podría ser su propio cerebro, cargado en algún momento providencial y preservado digitalmente para acceso futuro. "Digamos que años después tiene un derrame cerebral", dice Stocco, cuya propia madre tuvo un derrame cerebral en sus 50 años y nunca volvió a caminar. “Ahora, vas a rehabilitación y es como aprender a caminar de nuevo. Supongamos que puedes descargar esa habilidad en tu cerebro. No funcionaría perfectamente, lo más probable, pero sería una gran ventaja para recuperar esa habilidad ".

Miguel Nicolelis, un neurocientífico creativo de Duke y un profesor fascinante en el circuito TED Talks, conoce el valor de una buena demostración. Para la Copa del Mundo de 2014, Nicolelis, una aficionada al fútbol de origen brasileño, trabajó con otros para construir un exoesqueleto robótico controlado por impulsos de EEG, lo que permitió a un joven parapléjico dar la primera patada ceremonial. Gran parte de su trabajo ahora está en la comunicación de cerebro a cerebro, especialmente en las técnicas altamente esotéricas de vincular las mentes para trabajar juntas en un problema. Las mentes no son humanas, por lo que puede usar implantes de electrodos, con todas las ventajas que transmite.

Uno de sus experimentos más llamativos involucró a un par de ratas de laboratorio, aprendiendo juntas y moviéndose en sincronía mientras se comunicaban a través de señales cerebrales. Las ratas fueron entrenadas en un recinto con dos palancas y una luz encima de cada una. La luz izquierda o derecha parpadearía, y las ratas aprendieron a presionar la palanca correspondiente para recibir una recompensa. Luego se separaron, y cada uno se equipó con electrodos a la corteza motora, conectados a través de computadoras que tomaron muestras de los impulsos cerebrales de una rata (el "codificador") y enviaron una señal a un segundo (el "decodificador"). La rata "codificadora" vería un destello de luz, digamos el izquierdo, y empujaría la palanca de la izquierda para su recompensa; en la otra caja, ambas luces parpadearían, por lo que el "decodificador" no sabría qué palanca presionar, pero al recibir una señal de la primera rata, también iría a la izquierda.

Nicolelis agregó un giro inteligente a esta demostración. Cuando la rata decodificadora hizo la elección correcta, fue recompensado, y el codificador también obtuvo una segunda recompensa. Esto sirvió para reforzar y fortalecer los procesos neuronales (inconscientes) que estaban siendo muestreados en su cerebro. Como resultado, ambas ratas se volvieron más precisas y rápidas en sus respuestas: "un par de cerebros interconectados ... transfiriendo información y colaborando en tiempo real". En otro estudio, conectó tres monos para controlar un brazo virtual; cada uno podía moverlo en una dimensión, y mientras miraban una pantalla aprendieron a trabajar juntos para manipularlo en la ubicación correcta. Él dice que puede imaginar el uso de esta tecnología para ayudar a una víctima de un derrame cerebral a recuperar ciertas habilidades al conectar su cerebro con el de un voluntario saludable, ajustando gradualmente las proporciones de entrada hasta que el cerebro del paciente esté haciendo todo el trabajo. Y cree que este principio podría extenderse indefinidamente, para reclutar millones de cerebros para trabajar juntos en una "computadora biológica" que abordara preguntas que no podían plantearse o responderse en forma binaria. Podrías preguntarle a esta red de cerebros por el significado de la vida; es posible que no obtengas una buena respuesta, pero a diferencia de una computadora digital, "al menos" entendería la pregunta. Al mismo tiempo, Nicolelis critica los esfuerzos para emular la mente en una computadora digital, no importa cuán poderosa sea, diciendo que son "falsos y una pérdida de miles de millones de dólares". El cerebro funciona según diferentes principios, modelando el mundo por analogía. . Para transmitir esto, propone un nuevo concepto que él llama "información de Gödelian", en honor al matemático Kurt Gödel; Es una representación analógica de la realidad que no puede reducirse a bytes, y nunca puede ser capturada por un mapa de las conexiones entre las neuronas ("Carga tu mente", ver más abajo). "Una computadora no genera conocimiento, no realiza introspección", dice. "El contenido de un cerebro de rata, mono o humano es mucho más rico de lo que podríamos simular mediante procesos binarios".

La vanguardia de esta investigación involucra prótesis cerebrales reales. En la Universidad del Sur de California, Theodore Berger está desarrollando una prótesis basada en microchips para el hipocampo, la parte del cerebro de los mamíferos que procesa las impresiones a corto plazo en recuerdos a largo plazo. Aprovecha las neuronas en el lado de entrada, ejecuta la señal a través de un programa que imita las transformaciones que normalmente realiza el hipocampo y la envía de vuelta al cerebro. Otros han usado la técnica de Berger para enviar el recuerdo de un comportamiento aprendido de una rata a otra; la segunda rata aprendió la tarea en mucho menos tiempo de lo habitual. Sin duda, este trabajo solo se ha realizado en ratas, pero debido a que la degeneración del hipocampo es una de las características de la demencia en los seres humanos, se dice que el potencial de esta investigación es enorme.

Dadas las amplias afirmaciones sobre el potencial futuro de la comunicación de cerebro a cerebro, es útil enumerar algunas de las cosas que no se reclaman. Primero, no hay implicación de que los humanos posean alguna forma de telepatía natural (o sobrenatural); los voltajes que parpadean dentro de su cráneo simplemente no son lo suficientemente fuertes como para ser leídos por otro cerebro sin mejora electrónica. Las señales (con cualquier tecnología que poseamos o visualicemos) tampoco se pueden transmitir o recibir subrepticiamente o a distancia. El funcionamiento de su mente es seguro, a menos que le dé la clave a otra persona al someterse a un implante o un EEG. Sin embargo, no es demasiado pronto para comenzar a considerar las implicaciones éticas de los desarrollos futuros, como la capacidad de implantar pensamientos en otras personas o controlar su comportamiento (prisioneros, por ejemplo) utilizando dispositivos diseñados para esos fines. "La tecnología está superando el discurso ético en este momento", dice Emory's Trimper, "y ahí es donde las cosas se ponen difíciles". Considere que gran parte del tráfico cerebral en estos experimentos, y ciertamente algo como la visión de Nicolelis de cientos o miles de cerebros trabajar juntos: implica comunicarse a través de Internet. Si ahora le preocupa que alguien piratee la información de su tarjeta de crédito, ¿cómo se sentiría al enviar el contenido de su mente a la nube? Sin embargo, hay otra pista sobre la comunicación de cerebro a cerebro que se está estudiando. Uri Hasson, un neurocientífico de Princeton, utiliza imágenes de resonancia magnética funcional para investigar cómo un cerebro influye en otro, cómo se combinan en una intrincada danza de señales y circuitos de retroalimentación. Se está centrando en una técnica de comunicación que considera muy superior a los EEG utilizados con la estimulación magnética transcraneal, no es invasiva y segura y no requiere conexión a Internet. Es, por supuesto, lenguaje.