¿Cómo es controlar un brazo robótico con un implante cerebral?


Jan Scheuermann usó un brazo robótico para llevar una barra de chocolate a la boca. Jan Scheuermann no es tu sujeto experimental promedio. Diagnosticada con degeneración espinocerebelosa, solo puede mover la cabeza y el cuello. La parálisis, que comenzó a arrastrarse sobre sus músculos en 1996, ha sido devastadora de muchas maneras. Sin

Jan Scheuermann usó un brazo robótico para llevar una barra de chocolate a la boca.

Jan Scheuermann no es tu sujeto experimental promedio. Diagnosticada con degeneración espinocerebelosa, solo puede mover la cabeza y el cuello. La parálisis, que comenzó a arrastrarse sobre sus músculos en 1996, ha sido devastadora de muchas maneras. Sin embargo, hace dos años aprovechó la oportunidad para convertir su responsabilidad personal en un activo extraordinario para la neurociencia. En 2012, Scheuermann eligió someterse a una cirugía cerebral para implantar dos conjuntos de electrodos en su corteza motora, una banda de tejido en la superficie del cerebro.
Lo hizo como voluntaria en un estudio de varios años en la Universidad de Pittsburgh para desarrollar una mejor interfaz cerebro-computadora. Cuando visita el laboratorio, los investigadores conectan su cerebro a un brazo y una mano robóticos, que practica moviéndose usando solo sus pensamientos. El objetivo es eventualmente permitir que otros individuos paralizados recuperen la función al conectar sus cerebros directamente a una computadora o prótesis.
Los electrodos en su cabeza registran los patrones de disparo de aproximadamente 150 de sus neuronas. Los patrones específicos de actividad neuronal codifican su deseo de realizar diferentes movimientos, como mover el brazo hacia la izquierda o juntar los dedos alrededor de una taza. Dos cables gruesos transmiten los datos de sus neuronas a una computadora, donde el software puede identificar las intenciones de Scheuermann. La computadora puede luego emitir los comandos apropiados para mover la extremidad robótica.
En una jornada laboral típica, Jan Scheuermann llega a la universidad alrededor de las 9:15 am. Usando su barbilla, maniobra su silla de ruedas eléctrica en un laboratorio de investigación dirigido por el neurocientífico Andrew Schwartz y se instala en un día de trabajo. Mind habló con Scheuermann para aprender más acerca de su experiencia como autoproclamada "conejillo de indias extraordinario".
[Sigue una transcripción editada de la entrevista]

¿Puedes describir un día típico en el laboratorio?
Después de que llegue por la mañana, mi asistente retira las cubiertas superiores de las dos almohadillas de mi cabeza y limpia con alcohol todo lo que sobresale de ellas. Luego me conecta a dos cables grandes y los retuerce hasta que comienza a recibir una señal.

Luego entrenamos con la computadora y el brazo robótico durante aproximadamente 20 minutos a media hora antes de comenzar con las pruebas del día. Por lo general, es algo así como, recoger un objeto de un lado de la mesa y moverlo al otro lado tan rápido como pueda. Podríamos tomar un breve descanso para el almuerzo, y luego me voy alrededor de la 1:30. Por lo general es alrededor de un día de cuatro horas.
¿Cómo fue usar el brazo robótico por primera vez?
Cuando empecé, aprendí a moverlo hacia la izquierda y hacia la derecha, hacia arriba y hacia abajo, y luego aprendí a abrir y cerrar los dedos. Entonces di vuelta a la muñeca. Con cada nueva habilidad que me dieron, recordé lo que la mayoría de los bebés hacen en algún momento. Cuando mis hijos tenían tres o cuatro meses, finalmente descubrieron que podían controlar las cosas en la punta de sus brazos. Recuerdo verlos girando lentamente su muñeca de esta manera, agarrando y soltando sus dedos. Y, finalmente, se convirtió en automático para ellos, también. Esa imagen seguía apareciendo en mi mente. Me sentí como un bebé aprendiendo a usar mis manos.
¿Cómo abordar una nueva tarea?
Al principio entrenamos con la computadora. La computadora lo hace mientras observo y pretendo que lo estoy haciendo. Luego la computadora aprende a interpretar las señales de mi cerebro y lo que quiero hacer, y luego comienzo a hacerlo. A medida que practico me pongo mejor y mejor.
A veces me adapto a la tarea muy rápido y todo es muy natural. Otras cosas requieren más concentración para aprender. Después de que aprenden, hazlos una y otra vez hasta que sean automáticos.
¿Qué estrategias utilizas a medida que aprendes?
Es interesante, hay dos formas de hacer una tarea. Una es pensar en cada movimiento que estoy haciendo. Entonces, si estoy recogiendo un cubo, podría pensar "moverte a la izquierda, moverte hacia adelante, girar los dedos a la izquierda, apretar los dedos alrededor del objeto". El otro es que solo mires y lo busques. Eso funciona mucho mejor que cuando trato de resolverlo paso a paso.
Hubo una prueba hace varios meses en la que tuve que mover el brazo robótico hacia adelante y hacia atrás en dos líneas tantas veces como pude en 60 segundos. Intenté lo mejor que pude y obtuve 24. Luego tuve que pensar lo mismo mientras estaba distraído, por ejemplo, mientras mantenía una conversación. Y tengo 24, lo mismo! Luego la distracción fue contar hacia atrás de tres en tres de un número aleatorio, y eso fue lo mismo, 24, lo que es realmente fascinante. A veces lo mejor no es esforzarse demasiado. Deja que la mano haga la tarea sin pensar demasiado.
¿Han cambiado estos experimentos tu forma de pensar acerca de tu propio cerebro?
Creo que me tranquiliza saber que una vez que nuestro cerebro aprende a hacer cosas, no las olvida simplemente porque ya no podemos hacerlas. Si mágicamente recuperé mis extremidades, a través de células madre o algo así, mi cerebro no habrá olvidado cómo caminar. O cómo alcanzar y agarrar algo o cómo abrazar a alguien. Los músculos pueden no ser fuertes, pero sabrán cómo hacer las cosas.
También he llegado a apreciar mi cerebro aún más. He visto personas que tienen brazos que funcionan y piernas que funcionan, pero sus cerebros no. Son discapacitados mentales. Prefiero tener mi cerebro que mis piernas. ¿Conoces esa cita, 'eres más que el cuerpo en el que vives'? Eso es tan cierto para mí.

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