Los investigadores han creado un dispositivo que puede leer y descifrar las señales del cerebro, lo que permite a las personas amputadas controlar el brazo usando solo sus pensamientos.
Un equipo de investigación de la Universidad de Minnesota ha hecho posible la lectura de la mente mediante el uso de la electrónica y la IA.
Investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities han creado un sistema que permite a los amputados operar un brazo robótico utilizando sus impulsos cerebrales en lugar de sus músculos. Esta nueva tecnología es más precisa y menos intrusiva que los métodos anteriores.
La mayoría de las prótesis comerciales que se encuentran en el mercado hoy en día se controlan por el hombro o el tórax mediante un sistema de cables y arneses. Los modelos más sofisticados utilizan sensores para detectar pequeños movimientos musculares en la extremidad natural del paciente por encima de la prótesis. Ambas opciones, sin embargo, pueden ser difíciles de aprender para los amputados y, a veces, son innecesarias.
El profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Minnesota, Zhi Yang, le da la mano al participante de investigación Cameron Slavens, quien probó el sistema de brazo robótico de los investigadores. Con la ayuda de colaboradores de la industria, los investigadores han desarrollado una forma de aprovechar las señales cerebrales de un paciente a través de un chip neuronal implantado en el brazo, leyendo de manera efectiva la mente del paciente y abriendo la puerta a alternativas menos invasivas a las cirugías cerebrales. Crédito: Laboratorio de Neuroelectrónica, Universidad de Minnesota
El Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Minnesota, con la ayuda de colaboradores industriales, ha desarrollado un diminuto dispositivo implantable que se conecta al nervio periférico del brazo de una persona. La tecnología, cuando se combina con un brazo robótico y una computadora de inteligencia artificial, puede detectar y descifrar los impulsos cerebrales, lo que permite a los amputados de miembros superiores mover el brazo solo con sus pensamientos.
El artículo más reciente de los investigadores se publicó en la Revista de ingeniería neuronaluna revista científica revisada por pares para el campo interdisciplinario de la ingeniería neuronal.
La tecnología del equipo dirigido por la Universidad de Minnesota permite al participante de la investigación, Cameron Slavens, mover un brazo robótico usando solo sus pensamientos. Crédito: Eva Daniels
«Es mucho más intuitivo que cualquier sistema comercial», dijo Jules Anh Tuan Nguyen, investigador postdoctoral y doctorado en ingeniería biomédica de la Universidad de Minnesota Twin Cities. Diplomado. “Con otros sistemas protésicos comerciales, cuando los amputados quieren mover un dedo, en realidad no piensan en mover un dedo. Están tratando de activar los músculos de sus brazos, ya que eso es lo que está leyendo el sistema. Por esta razón, estos sistemas requieren mucho aprendizaje y práctica. Para nuestra tecnología, porque interpretamos directamente la señal nerviosa, conoce la intención del paciente. Si quieren mover un dedo, todo lo que tienen que hacer es pensar en mover ese dedo.
Nguyen ha estado trabajando en esta investigación durante aproximadamente 10 años con el profesor asociado Zhi Yang del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Minnesota y fue un desarrollador líder de tecnología de chips neuronales.
Cuando se combina con una computadora de inteligencia artificial y el brazo robótico de arriba, el chip neural de los investigadores de la Universidad de Minnesota puede leer e interpretar señales cerebrales, lo que permite a los amputados de las extremidades superiores controlar el brazo usando solo sus pensamientos. Crédito: Laboratorio de Neuroelectrónica, Universidad de Minnesota
El proyecto comenzó en 2012 cuando Edward Keefer, un neurocientífico de la industria y director ejecutivo de Nerves, Incorporated, se acercó a Yang para crear un implante de nervio que pudiera beneficiar a las personas amputadas. La pareja recibió fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa del gobierno de EE. UU. ([{» attribute=»»>DARPA) and have since conducted several successful clinical trials with real amputees.
The researchers also worked with the University of Minnesota Technology Commercialization office to form a startup called Fasikl—a play on the word “fascicle” which refers to a bundle of nerve fibers—to commercialize the technology.
“The fact that we can impact real people and one day improve the lives of human patients is really important,” Nguyen said. “It’s fun getting to develop new technologies, but if you’re just doing experiments in a lab, it doesn’t directly impact anyone. That’s why we want to be at the University of Minnesota, involving ourselves in clinical trials. For the past three or four years, I’ve had the privilege of working with several human patients. I can get really emotional when I can help them move their finger or help them do something that they didn’t think was possible before.”
A big part of what makes the system work so well compared to similar technologies is the incorporation of artificial intelligence, which uses machine learning to help interpret the signals from the nerve.
“Artificial intelligence has the tremendous capability to help explain a lot of relationships,” Yang said. “This technology allows us to record human data, nerve data, accurately. With that kind of nerve data, the AI system can fill in the gaps and determine what’s going on. That’s a really big thing, to be able to combine this new chip technology with AI. It can help answer a lot of questions we couldn’t answer before.”
The technology has benefits not only for amputees but for other patients as well who suffer from neurological disorders and chronic pain. Yang sees a future where invasive brain surgeries will no longer be needed and brain signals can be accessed through the peripheral nerve instead.
Plus, the implantable chip has applications that go beyond medicine.
Right now, the system requires wires that come through the skin to connect to the exterior AI interface and robotic arm. But, if the chip could connect remotely to any computer, it would give humans the ability to control their personal devices—a car or phone, for example—with their minds.
“Some of these things are actually happening. A lot of research is moving from what’s in the so-called ‘fantasy’ category into the scientific category,” Yang said. “This technology was designed for amputees for sure, but if you talk about its true potential, this could be applicable to all of us.”
In addition to Nguyen, Yang, and Keefer, other collaborators on this project include Associate Professor Catherine Qi Zhao and researcher Ming Jiang from the University of Minnesota Department of Computer Science and Engineering; Professor Jonathan Cheng from the University of Texas Southwestern Medical Center; and all group members of Yang’s Neuroelectronics Lab in the University of Minnesota’s Department of Biomedical Engineering.
Reference: “A portable, self-contained neuroprosthetic hand with deep learning-based finger control” by Anh Tuan Nguyen, Markus W Drealan, Diu Khue Luu, Ming Jiang, Jian Xu, Jonathan Cheng, Qi Zhao, Edward W Keefer and Zhi Yang, 11 October 2021, Journal of Neural Engineering.
DOI: 10.1088/1741-2552/ac2a8d