Descifrar los secretos del cerebro humano: un reto de la neurología moderna
Los neurocientíficos han tomado señales de la criptografía para traducir la actividad cerebral en movimientos.
Lo que hoy nos parece normal, hace unos años resultaba ser sólo un sueño de la tecnología que sin duda avanza a pasos agigantados. Un ejemplo del avance en la tecnología la vemos con los dispositivos protésicos controlados por el cerebro.
Estos valiosos instrumentos tienen el potencial de mejorar en gran medida la vida de las personas que por una enfermedad o una lesión grave han visto afectada su movilidad. Pero, ¿cómo el ser humano ha sido capaz de crear un dispositivo que logre hacer una conexión entre el cerebro y las computadoras?
Alan Turing fue el encargado de salvar miles de vidas al descifrar el código alemán. (Foto: Historia Mundial)
Para entender ese complejo proceso de la ciencia tenemos que irnos a los tiempos de la Segunda Guerra Mundial, cuando diversos científicos lograron descifrar el código Enigma alemán mediante la explotación de patrones de lenguaje conocidos en los mensajes cifrados. Fueron meses en los que Joan Clarke, Alan Turing y sus colegas estuvieron estudiando los novedosos códigos alemanes que transmitían estrategias de guerra.
Con las bases registradas por Clarke y Turing en la Segunda Guerra Mundial, los neurocientíficos modernos han logrado desarrollar una variedad de algoritmos para decodificar acciones en el cerebro relacionados con el movimiento. Y es que muchos de los movimientos humanos, como caminar o agarrar objetos, también siguen patrones predecibles.
De hecho, la posición de las extremidades, la velocidad y otras características del movimiento tienden a desarrollarse de forma ordenada y codificada. Es gracias a esta regularidad biológica que Eva Dyer, una neurocientífica del Instituto de Tecnología de Georgia, decidió probar una estrategia inspirada en la criptografía para la decodificación neuronal.
El cerebro humano tiene muchos secretos por revelar. (Foto: cymaho)
«He oído hablar de este enfoque antes, pero este es uno de los primeros estudios publicados», indicó Nicholas Hatsopoulos, neurocientífico de la Universidad de Chicago, en la revista científica Nature Biomedical Engineering.
Para entender un poco mejor esta idea de codificación neuronal hay que saber que las interfaces cerebrales normalmente usan lo que se le llama "decodificadores supervisados". Estos algoritmos se basan en la información detallada del movimiento momento por momento, como la posición de las extremidades y la velocidad, que se recoge simultáneamente con la actividad neuronal registrada.
Para los neurólogos reunir estos datos puede ser un proceso lento y laborioso, pero tiene sus recompensas a la larga pues esta información se usa para entrenar una especie de programa decodificador que se dedica a traducir patrones neuronales en sus movimientos correspondientes.
El cerebro está lleno de secretos que no hemos descifrado. (Foto: La información)
Puede que hasta este punto tengas más dudas que respuestas, pero no te preocupes, entender el concepto es tan fácil como entrenar a un grupo de monos como lo hicieron el equipo de Dyer. Ellos buscaron predecir movimientos utilizando sólo los mensajes encriptados (la actividad neuronal) y una comprensión general de los patrones que aparecen en ciertos movimientos.
Para poder llevar a cabo sus predicciones, el equipo de neurólogos entrenó a tres monos macacos para que doblaran su muñeca para guiar un cursor hacia una serie de objetivos puestos alrededor de un punto central. Al mismo tiempo, los investigadores utilizaron matrices de electrodos implantados para registrar la actividad de alrededor de 100 neuronas en la corteza motora de cada mono, una región clave del cerebro que controla el movimiento.
En el transcurso del experimento, los investigadores lograron reunir diversas estadísticas sobre los movimientos de cada animal, como la velocidad horizontal y vertical. Para encontrar el algoritmo de decodificación, los investigadores realizaron un análisis sobre la actividad neuronal para extraer y reducir su estructura matemática básica.
Los neurólogos buscan saber más sobre el cerebro humano.
Luego probaron una serie de modelos computacionales para encontrar el que mejor alineara los patrones neuronales con los patrones de movimiento. Cuando los investigadores usaron su mejor modelo para decodificar la actividad neuronal, pudieron predecir los movimientos reales de los animales.
En palabras de los neurólogos, el experimento resultó ser «bastante bueno» pues su trabajo ayudará a usar estrategias criptográficas para decodificar la actividad neuronal más compleja. Los científicos aseguran que su algoritmo podría reforzarse alimentándolo con señales de incluso más neuronas, o proporcionando características adicionales conocidas de los movimientos, algo que ayudará a los seres humanos a poder crear prótesis inteligentes que no nos hagan extrañar la naturaleza del cuerpo humano.
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