Una interfaz entre el encéfalo y el ordenador para tratar enfermedades neurológicas
El encéfalo es una red extraordinariamente compleja que ha evolucionado para procesar entradas del mundo real mediante eventos eléctricos y conexiones autoorganizadas. El mal funcionamiento de estas redes puede provocar enfermedades neurológicas como la enfermedad de Parkinson y la demencia. En el proyecto SYNCH, financiado con fondos europeos, los científicos han desarrollado una interfaz entre el encéfalo y el ordenador de última generación que fusiona una red artificial en un chip de silicio con una red biológica en el encéfalo de una rata. La idea es utilizar algún día un sistema de este tipo para enviar mensajes a través de las redes neuronales dañadas del encéfalo humano. «Nuestra visión es que un día las neuronas artificiales sustituyan a las dañadas en el encéfalo y recuperen su función recibiendo y enviando señales a las que permanecían intactas, sin embargo, queda mucho camino por recorrer», afirma Stefano Vassanelli, profesor titular de Fisiología en la Universidad de Padua.
Una idea innovadora nacida en un laboratorio
Durante un proyecto anterior financiado con fondos europeos, Vassanelli y sus colegas descubrieron que podían hacer que las neuronas en cultivo en una placa y las neuronas artificiales en un chip intercambiaran señales de forma similar a las neuronas del encéfalo. «Entonces, ¿por qué no intentar que las neuronas artificiales y biológicas se comuniquen de la misma manera en el encéfalo real? Así nació SYNCH», explica Vassanelli. El nuevo dispositivo se implanta en el interior del encéfalo del animal y puede controlarse desde el exterior. Sin embargo, el equipo cree que la inteligencia artificial inspirada en el encéfalo hará que estos implantes sean más eficientes y autónomos, y más capaces de recuperar funciones en el encéfalo. A través del proyecto SYNCH, los investigadores demostraron con éxito la prueba de concepto de la tecnología en un encéfalo de rata. Observaron que las neuronas artificiales podían entender si los estímulos táctiles se proporcionaban al animal o procedían de otras neuronas en estructuras encefálicas profundas, si estos estímulos sensoriales estaban asociados a una recompensa interna y al aprendizaje. Y viceversa, demostraron que las neuronas artificiales pueden controlar hasta cierto punto las neuronas del encéfalo.
Hablar con un encéfalo de rata por internet
Instalar un encéfalo artificial en una rata supondría una serie de retos en cualquier circunstancia. Pero la pandemia de COVID-19 trajo sus propias dificultades, a saber: que todas las partes de la interfaz encefálica estaban atascadas en varios países diferentes. A pesar de todo, el equipo consiguió encontrar la manera. «Enviando señales a través de internet, pudimos crear un híbrido de encéfalo y neuronas artificiales que se distribuyó por toda Europa —añade Vassanelli—. La comunicación no fue óptima por los retrasos de internet, pero fue muy útil para desarrollar la tecnología». El reto más fundamental era aportar pruebas de que las neuronas artificiales pueden distinguir distintos contenidos de información en la actividad de las neuronas encefálicas y enviar señales adecuadas para sintonizar su actividad de forma controlada. «Esto requirió un gran esfuerzo, tanto en términos de desarrollo de algoritmos teóricos que gobiernan la red neuronal artificial como de ingeniería de comunicaciones para registrar y transmitir señales al instante», afirma Vassanelli.
Hacia una interfaz entre el encéfalo y el ordenador humana
El equipo aspira ahora a que la tecnología sea implantable en el encéfalo humano, en términos de portabilidad, biocompatibilidad y seguridad de uso. «Tenemos que demostrar la eficacia y seguridad del dispositivo en un modelo animal con una patología, como la enfermedad de Parkinson, y después demostrarlo en pacientes», concluye Vassanelli.
Palabras clave
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