¿Ha llegado el momento de controlar cualquier dispositivo con nuestro cerebro?

La neurociencia y la tecnología no están tan separadas como podría pensarse. De hecho, ya empieza a hablarse de la neurotecnología, un campo que eliminaría las fronteras al albor de las redes 6G que se están desarrollando.

El reto es sacar partido de las neurociencias para que las futuras tecnologías inalámbricas puedan ofrecer nuevas aplicaciones y arquitecturas de sistemas. Pero, además, se pretende abrir la puerta a que la teoría de la comunicación inalámbrica y los sistemas inalámbricos de próxima generación puedan proporcionar nuevas formas de estudiar el cerebro. Es decir, aplicar los conocimientos y teorías de una ciencia a otra para un beneficio mutuo.

Cerebro y redes, más parecidos de lo que pensamos

Aunque pueda parecer extraño, lo cierto es que el cerebro y las redes inalámbricas tienen más en común de lo que podría parecer. El primero tiene axones neuronales aislados eléctricamente (mielinizados). Es lo que se conoce como materia blanca. Seguramente también habremos oído hablar de la materia gris, que es el cuerpo de células neuronales.

Para estimular todas esas neuronas se están utilizando y probando diferentes técnicas. Muchos de los experimentos están en una fase previa, puesto que se han realizado únicamente en animales. Pero se están produciendo avances en el sentido de que los dispositivos han sido capaces de aprovechar las señales eléctricas del cerebro.

Existe una variedad de implantes para estimular el cerebro. Cuanto más pequeños son, más desafíos deberán ser capaces de superar, tanto en su implantación (a veces es necesario una cirugía de cráneo), así como su funcionalidad, biocompatibilidad y longevidad.

Lo que diferencia los diferentes sistemas que se están probando es si resultan invasivos o no. Los invasivos, como su propio nombre indica, tienen más riesgo de producir lesiones y otros problemas relacionados en los pacientes. Pero, al mismo tiempo, cuanto más invasivos son, más cerca están de las células cerebrales, lo que genera menos “ruido” a la hora de cumplir su función de estimularlas.

Con el fin de reducir estos problemas, se está avanzando en los implantes cerebrales invasivos pero inalámbricos, que son ya capaces de detectar la actividad cerebral con mayor precisión que los cableados y que pueden interactuar directamente con el cerebro.

En esta evolución en la neurotecnología, se quiere que los dispositivos no solo sean capaces de interactuar con las neuronas, sino también tener la capacidad de convertir la energía inalámbrica en corriente de circuito. Esta complejidad adicional es posible gracias a los avances en microelectrónica y nanotecnología. El reto es llevar eso a lo implantable, lo que exige entender el cuerpo humano como canal de comunicación. 

No en vano, en el cerebro conviven diferentes y múltiples tipos de tejidos. Cada uno de ellos tiene sus características y es capaz de transmitir mejor o peor aspectos como el sonido o la electricidad. Todo esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de realizar un sistema de comunicación inalámbrica entre el objeto que se implanta y los dispositivos externos. Para ello, además, hay que elegir con precisión un rango de frecuencia que permita la aplicación prevista.

Con un ejemplo podremos entenderlo mejor: un dispositivo para la epilepsia conlleva algo así como un estallido en el cerebro que requiere una estimulación constante en períodos aleatorios a corto plazo. Mientras, para tratar el Parkinson, la estimulación es constante a un ritmo particular en diferentes momentos. Estos datos, más propios de los ingenieros de telecomunicaciones, deben ser tenidos en cuenta por los neurocirujanos.

Neurotecnología y BMI, Brain Machine Interfaces

Todos estos estudios en torno a la neurotecnología están allanando el camino para el desarrollo de BMI (Brain Machine Interfaces), o interfaces ordenador cerebro. 

Un BMI es un circuito cerrado, en el que las señales neuronales son recogidas, procesadas y alimentadas por un algoritmo de decodificación que puede traducir las intenciones de comportamiento del cerebro y llevarlas a dispositivos externos, que reciben estos estímulos y son capaces de ejecutarlos.

Las aplicaciones son diversas, desde arrojar luz a la investigación neurocientífica básica hasta contribuir a la rehabilitación motora en pacientes con lesión de la médula espinal. En pacientes con disfunción cognitiva, estos sistemas de neurotecnología podrían usarse para desarrollar una prótesis neural, para permitir al usuario comunicarse o producir una acción física.

Una segunda aplicación es entrenar el cerebro, a través de juegos y acertijos para mejorar la velocidad, la memoria y la atención, así como la capacidad de resolución de problemas. Estas aplicaciones de entrenamiento cerebral pueden ser útiles incluso en trastornos cerebrales orgánicos, como los déficits cognitivos asociados a la quimioterapia.

Los algoritmos de decodificación dependen de la señal que está utilizando el BMI. Muchos de ellos se basan en picos de actividad cerebral.

Las señales neuronales y su aplicación en BMI se están estudiando también en los sistemas de comunicación, especialmente en los que están diseñados para soportar transmisiones relacionadas con humanos y/o máquinas, no cerebros.

Cabe recordar que las primeras generaciones de redes inalámbricas (como 2G y 3G) tenían como misión conectar a las personas a través de teléfonos móviles a través de voz y mensajes cortos. La llegada de los smartphones y de redes más capaces propiciaron que pudiéramos ejecutar una gran cantidad de aplicaciones, incluyendo vídeo en tiempo real.
Con la llegada de 5G, el reto es que la comunicación inalámbrica pueda conectar máquinas en el Internet de las Cosas (IoT). Esto abre también la puerta a que los dispositivos inalámbricos de próxima generación sean no solo portátiles, sino que estarán presentes en el cuerpo humano. Y esto, a su vez, incluye implantes de cerebro.

Además, estos avances lograrán que el cuerpo humano y su cerebro se conviertan en una parte integral del proyecto inalámbrico y que se desarrollen nuevos servicios capaces de comunicar no solo máquinas entre sí o con usuarios humanos, sino también entre los cerebros de diferentes usuarios. Las redes más capaces incluso que las 5G (optimizadas para la comunicación entre máquinas) permitirán este nuevo salto.

Implantes 6G

Como veíamos antes, la neurotecnología está desarrollando implantes cerebrales inalámbricos a gran velocidad y se espera que sus prestaciones se vean optimizadas con 6G, lo que abre la puerta a que los BMI tengan su verdadera razón de ser con la próxima generación de redes inalámbricas.

Antes habrá que responder a algunos de los desafíos vistos, como entender mejor la composición del cerebro, sacar partido de estos componentes para transmitir ondas y hacer dispositivos cada vez más pequeños, menos invasivos y más eficientes. Algo en lo que las teorías de la información y la comunicación, en el que el estudio de las redes tiene mucho que aportar a la neurología para que la neurotecnología sea cada vez más amplia.

Muchos de los avances con sensores cerebrales inalámbricos están pensados para pacientes que tienen deficiencias cognitivas asociadas con afecciones como la enfermedad de Parkinson, lesión cerebral traumática, demencia y otras. El reto es que se pueda tener un mejor conocimiento y control de la función y las fluctuaciones del cerebro, mejorar el rendimiento cognitivo e intentar recuperar algunas de las funciones neuronales perdidas.

Pero el tratamiento de dolencias no es el único campo de aplicación. Quizá no esté tan lejos el momento en que los humanos seamos capaces de controlar los dispositivos con nuestra mente, más allá de los ciborgs o experimentos que se han hecho, introduciendo chips subcutáneos en algunas personas para su identificación y localización.