¿Qué son las interfaces cerebro-máquina y cómo funcionan?

La interfaz cerebro-máquina más simple, o al menos la que podemos utilizar con mayor facilidad, es la mano humana. Hemos estructurado prácticamente la totalidad de la informática en torno a la entrada que es posible producir con nuestras manos y, ahora, en menor medida, con nuestras voces. Pero las manos y las voces son limitadas. Las palabras, habladas o escritas a máquina, son solo representaciones de nuestras intenciones reales, y la práctica de mover la imagen del puntero del mouse dentro de un espacio físico simulado crea aún más abstracción entre el usuario y el programa. Traducir nuestros pensamientos a comandos de estilo de computadora y luego ingresarlos físicamente es un proceso lento que quita tiempo y atención de la tarea en cuestión.

Pero, ¿qué pasaría si una forma más directa de interfaz cerebro-máquina pudiera ampliar el cuello de botella de la información enviando órdenes no a través de nervios y músculos hechos de carne, sino de cables y semiconductores hechos de metal? Bueno, entonces tendrías un gran camino futuro para la medicina, y muy probablemente también la informática personal.



Subir escaleras biónicas

Zac Vawter sube unas escaleras por la ciencia.



Hay dos tipos básicos de interacción entre el cerebro y una máquina: información en , e información fuera . La información generalmente toma la forma de un órgano sensorial artificial o aumentado que envía sus señales directamente al sistema nervioso, como un implante coclear u ocular. La salida de información, por ejemplo, controlar un brazo biónico o el puntero del mouse con el pensamiento puro, implica leer señales en el sistema nervioso y transportarlas a un sistema informático. Los dispositivos más avanzados, como la detección de extremidades biónicas, incorporan caminos en ambas direcciones.

Es importante establecer una distinción entre los dispositivos que leen y / o crean señales neuronales. en el cerebro y aquellos que crean señales neuronales en el sistema nervioso y luego permiten que el sistema nervioso transmita naturalmente esas señales al cerebro por sí solo. Hay ventajas y desventajas en ambos enfoques.



Mano biónicaPara entender la diferencia, tome el tema de un brazo protésico controlado por la mente. Casi todos los primeros equipos de control biónico involucraban la implantación quirúrgica de electrodos en la superficie del cerebro y el uso de estos electrodos para leer y registrar la actividad cerebral. Al registrar la actividad asociada con todo tipo de pensamientos diferentes (“¡Piense en mover el puntero del mouse hacia arriba y hacia la izquierda!”), Los científicos pueden enseñarle a una computadora a reconocer diferentes deseos y ejecutar el comando correspondiente. Esto puede ser extremadamente desafiante para la tecnología de control neuronal, ya que, por supuesto, nuestro comando de computadora de interés es solo una pequeña fracción de la tormenta general de actividad neuronal que se desarrolla en todo el cerebro en un instante dado.

Este proceso de identificación por computadora también es básicamente un intento de reinventar algo mucho, mucho más antiguo que la rueda. La evolución creó estructuras neuronales que, de forma natural, examinan instrucciones complejas y caóticas del cerebro y producen comandos relativamente simples para ser transmitidos por neuronas motoras; a la inversa, también tenemos estructuras que naturalmente convierten las señales producidas por nuestros órganos sensoriales en nuestra experiencia subjetiva matizada.

Resulta que pedirle a una computadora que vuelva a aprender este proceso de cribado mental no siempre es la forma más eficiente de hacer las cosas. A menudo, podemos hacer que el cuerpo siga haciendo sus trabajos más difíciles para nosotros, haciendo que el control neuronal real sea más fácil y más preciso.



máquina del cerebro 3

En prótesis neurales, existe una idea llamada reinervación muscular dirigida. Esto permite a los científicos, en algunas situaciones, preservar un fragmento de músculo dañado cerca del sitio de la amputación y usar este músculo para mantener vivos los nervios que de otro modo serían inútiles. En un amputado, estos nervios no están destinados a ninguna parte, por supuesto, pero si se mantienen sanos, continuarán recibiendo señales destinadas al miembro fantasma faltante. Estas señales, como se mencionó, ya se han destilado de la tormenta más grande de actividad cerebral, y bien separadas en la neurona motora del brazo, esta señal se puede leer mucho más fácilmente. Y dado que el usuario envía un comando de motor precisamente por las mismas rutas neuronales que antes de la amputación, el la interacción puede ser inmediatamente natural y sin ninguna curva de aprendizaje significativa.

biónica 4Esta idea de que interactuamos con el cerebro no a través del cerebro mismo sino a través de un punto de contacto en algún otro lugar del sistema nervioso, funciona igual de bien para la tecnología de entrada. La mayoría de las prótesis de visión funcionan enviando señales al nervio óptico y, desde allí, las señales artificiales ingresan al cerebro como las normales. Evitan la dificultad de estimular de manera confiable solo ciertas neuronas en el cerebro y nuevamente utilizan los procesos de transducción de señales del propio cerebro para lograr este objetivo.

Por supuesto, la estrategia de utilizar el sistema nervioso en nuestro beneficio está limitada por lo que la naturaleza ha decidido que deberíamos poder hacer. Probablemente siempre será más fácil y más efectivo usar señales musculares separadas para controlar las prótesis de reemplazo muscular, pero no tenemos un núcleo de control de puntero de ratón incorporado en nuestro cerebro, al menos, todavía no. Eventualmente, si queremos sacar del cerebro pensamientos complejos o formas de control totalmente nuevas, tendremos que ir a la fuente.

La lectura y el control directo del cerebro han dado pasos increíbles hacia adelante, desde un sistema súper avanzado, neuro-malla inyectable a inducido genéticamente soluciones optogénicas que puede obligar a las neuronas a dispararse en respuesta a la estimulación con luz. Las soluciones se están volviendo más invasivas y menos, divergiendo en un grupo con súper alta fidelidad por diseños en última instancia poco prácticos, y uno con soluciones de menor fidelidad pero más realistas, sobre el cuero cabelludo. Es posible que los casquetes tachonados con electrodos no se vean bien, pero aún así puede ponerse uno, no muy lejos en el futuro.

A largo plazo, casi no se sabe adónde nos llevarán estas tendencias. ¿Terminaremos con nuevas porciones agrandadas de la corteza motora debido al uso constante de nuevos apéndices de software puro? ¿Le dictaremos a nuestra computadora con pensamientos completos? Si estás en una tienda y espías un suéter que le podría gustar a tu amigo, ¿podrías pasarlo por él simplemente enviándole de forma remota la sensación sensorial que tienes al pasar los dedos por la tela? ¿Esta vida vicaria sería intrínsecamente menos valiosa que haber sentido la tela usted mismo?

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