Neuropr¨®tesis, una tecnolog¨ªa que transcribe pensamientos a texto: Hablar con la mente

En el manganime Ghost in the Shell, las personas con aumentos corporales y/o cerebrales son capaces de comunicarse entre ellas sin hablar f¨ªsicamente, sin abrir la boca ¡®leer¡¯ los pensamientos del otro para comunicarse. Pero no utilizan telepat¨ªa ni cualquier otro don sobrenatural, sino el poder de la tecnolog¨ªa. Lo mismo que han hecho unos investigadores de la Universidad de San Francisco, que han logrado que una persona que no pod¨ªa hablar logre comunicar sus pensamientos.

La Neuropr¨®tesis del Habla

Cada a?o, miles de personas pierden la capacidad de hablar a causa de un ictus, un accidente o una enfermedad. Lo que los expertos buscan es una tecnolog¨ªa que les permita alg¨²n d¨ªa a estas personas comunicarse plenamente. Hasta ahora, los trabajos en el campo de la neuropr¨®tesis de comunicaci¨®n se han centrado en restablecer la comunicaci¨®n mediante enfoques basados en la ortograf¨ªa para teclear letras una a una en un texto

Un grupo de expertos ha desarrollado con ¨¦xito una tecnolog¨ªa denominada ¡°Neuropr¨®tesis del Habla¡±, que ha permitido a un hombre con par¨¢lisis severa comunicarse con frases, traduciendo las se?ales de su cerebro al tracto vocal directamente en palabras que aparecen como texto en una pantalla. El logro, desarrollado en colaboraci¨®n con el primer participante de un ensayo de investigaci¨®n cl¨ªnica, se basa en m¨¢s de una d¨¦cada de esfuerzos del neurocirujano de la UCSF Edward Chang, MD, para desarrollar una tecnolog¨ªa que permita a las personas con par¨¢lisis comunicarse aunque no puedan hablar por s¨ª mismas.

Publicado el 15 de julio en la revista New England Journal of Medicine, el estudio se ha valido de los pacientes del Centro de Epilepsia de la UCSF, que se somet¨ªan a neurocirug¨ªa para localizar el origen de sus convulsiones mediante matrices de electrodos colocadas en la superficie de sus cerebros. Estos pacientes, todos ellos con un habla normal, se ofrecieron a que se analizaran sus grabaciones cerebrales en busca de actividad relacionada con el habla. El ¨¦xito inicial con estos pacientes voluntarios allan¨® el camino para el ensayo actual en personas con par¨¢lisis.

BRAVO1

El estudio, conocido por sus siglas como "BRAVO" (Brain-Computer Interface Restoration of Arm and Voice), fue ensayado en un primer paciente de 30 a?os que sufri¨® un devastador derrame cerebral hace m¨¢s de 15 a?os, el cual da?¨® gravemente la conexi¨®n entre su cerebro y su tracto vocal y extremidades. Desde su lesi¨®n, tiene muy limitados los movimientos de la cabeza, el cuello y las extremidades, y se comunica utilizando un puntero unido a una gorra de b¨¦isbol para se?alar letras en una pantalla.

Hasta ahora, los trabajos en el campo de la neuropr¨®tesis de comunicaci¨®n se han centrado en restablecer la comunicaci¨®n mediante enfoques basados en la ortograf¨ªa para teclear letras una a una en un texto. El estudio de Chang difiere de estos esfuerzos en un aspecto fundamental: su equipo traduce las se?ales destinadas a controlar los m¨²sculos del sistema vocal para pronunciar palabras, en lugar de las se?ales para mover el brazo o la mano para poder teclear. Chang afirma que este enfoque aprovecha los aspectos naturales y fluidos del habla y promete una comunicaci¨®n m¨¢s r¨¢pida y org¨¢nica.

El participante, que pidi¨® que se le llamara BRAVO1, trabaj¨® con los investigadores para crear un vocabulario de 50 palabras que el equipo de Chang pudo reconocer a partir de la actividad cerebral mediante algoritmos inform¨¢ticos avanzados. El vocabulario -que incluye palabras como "agua", "familia" y "bueno"- fue suficiente para crear cientos de frases que expresaban conceptos aplicables a la vida cotidiana de BRAVO1.

Traducir el pensamiento a texto

Para el estudio, el doctor Chang implant¨® quir¨²rgicamente una gu¨ªa de electrodos de alta densidad sobre la corteza motora del habla de BRAVO1. Una vez que el participante se recuper¨® por completo, su equipo registr¨® 22 horas de actividad neuronal en esta regi¨®n del cerebro a lo largo de 48 sesiones y varios meses. En cada sesi¨®n, BRAVO1 intent¨® decir varias veces cada una de las 50 palabras del vocabulario mientras los electrodos registraban las se?ales cerebrales de su corteza del habla.

Ampliar

Para traducir los patrones de actividad neural registrados en palabras espec¨ªficas, el equipo utiliz¨® modelos de redes neuronales personalizados, que son formas de inteligencia artificial. Cuando el participante intentaba hablar, estas redes distingu¨ªan patrones sutiles en la actividad cerebral para detectar los intentos de habla e identificar las palabras que intentaba decir.

Para probar su m¨¦todo, el equipo present¨® primero a BRAVO1 frases cortas construidas a partir de las 50 palabras del vocabulario y le pidi¨® que intentara decirlas varias veces. A medida que lo intentaba, las palabras se descodificaban a partir de su actividad cerebral, una por una, en una pantalla.

A continuaci¨®n, el equipo pas¨® a preguntarle "?C¨®mo est¨¢s hoy?" y "?Quieres agua?". Como antes, el intento de discurso de BRAVO1 aparec¨ªa en la pantalla. "Estoy muy bien" y "No, no tengo sed".

18 palabras por minuto

El equipo descubri¨® que el sistema era capaz de decodificar palabras a partir de la actividad cerebral a un ritmo de hasta 18 palabras por minuto con una precisi¨®n de hasta el 93 por ciento (mediana del 75 por ciento). Al ¨¦xito contribuy¨® un modelo ling¨¹¨ªstico que Moses aplic¨® y que implement¨® una funci¨®n de "autocorrecci¨®n", similar a la que utilizan los programas de reconocimiento de voz y de mensajes de texto de los consumidores.

Moses calific¨® los primeros resultados del ensayo como una prueba de principio, se?alando sobre estos que "Estamos encantados de ver la decodificaci¨®n precisa de una variedad de frases significativas. Hemos demostrado que es realmente posible facilitar la comunicaci¨®n de este modo y que tiene potencial para su uso en entornos conversacionales".

De cara al futuro, Chang y Moses afirmaron que ampliar¨¢n el ensayo para incluir a m¨¢s participantes afectados por par¨¢lisis graves y d¨¦ficits de comunicaci¨®n. El equipo est¨¢ trabajando actualmente para aumentar el n¨²mero de palabras del vocabulario disponible, as¨ª como para mejorar la velocidad del habla.

Ambos dijeron que, aunque el estudio se centr¨® en un solo participante y en un vocabulario limitado, esas limitaciones no disminuyen el logro. "Se trata de un hito tecnol¨®gico importante para una persona que no puede comunicarse de forma natural. Y demuestra el potencial de este m¨¦todo para dar voz a personas con par¨¢lisis severa y p¨¦rdida del habla".

Una prueba m¨¢s de c¨®mo la tecnolog¨ªa ir¨¢ mejorando nuestra calidad de vida, y dando a pacientes que hoy d¨ªa no tienen m¨¢s alternativas una nueva oportunidad.