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El mono ve y el robot ejecuta

Los cerebros de los primates aprenden fácilmente a manipular un brazo de alta tecnología

VIERNES 13 de mayo (HealthDay News/HispaniCare) -- Neurobiólogos afirman que los ágiles cerebros de los monos aprenden rápidamente a absorber un brazo robótico externo en su sentido del yo, controlando una extremidad mecánica conectada como si fuera una extremidad real.

Los hallazgos, publicados en la edición del 11 de mayo del Journal of Neuroscience, subrayan la promesa de estos aparatos operados por el cerebro, conocidos como neuroprótesis.

"Nos sentimos muy optimistas", afirmó el autor del estudio Mikhail Lebedev, principal científico de investigación en el departamento de neurobiología de la Universidad de Duke. "Los monos se adaptaron muy bien. Movían el brazo robótico como si estuvieran moviendo una parte de su cuerpo".

Los científicos esperan que tales brazos, manos y piernas artificiales y sofisticados podrían algún día ofrecer un amplio rango de movilidad y función mejoradas a los individuos con discapacidades y parálisis.

Al tomar una mirada más profunda a los datos recolectados en un estudio anterior, los investigadores encontraron que en el proceso de averiguar cómo manipular el brazo artificial, algunas de las células en los cerebros de los monos parecían reorientarse a sí mismas.

En esencia, las células del cerebro conectadas al movimiento del brazo incorporaban estas nuevas demandas, dirigiendo su atención fuera de los brazos de carne y hueso de los monos y hacia el control de los "brazos falsos".

Sin embargo, esto no disminuyó la dexteridad general de los primates: Los investigadores afirman que los monos pudieron operar el apéndice robótico al mismo tiempo que retenían un uso completo de sus brazos reales.

Al comparar la interacción inicial del mono con el brazo robótico a la manera en que un humano podría interactuar con un vehículo desconocido, Lebedev afirmó que hubo algunos problemas iniciales de control que conllevaron algo de ensayo y error para que el cerebro del mono pudiera descifrarlo. Y apuntó que durante el proceso de refinamiento ciertas células del cerebro (o neuronas) ultimadamente llegaron "a representar el movimiento del brazo robótico más que el movimiento del brazo del mono".

En estudios iniciales, Lebedev y sus colegas se concentraron en dos monos macacos rhesus hembras, implantando una serie de minúsculos electrodos en áreas específicas de sus cerebros. Finos alambres más pequeños que un pelo humano conectaron los electrodos en sus cerebros a una caja de control, la cual a su vez operaba el largo brazo robótico (cerca de tres pies de altura) localizado en una habitación separada.

A medida que los investigadores registraban las señales cerebrales de los monos, usaban jugo de frutas como recompensa para motivar a los monos a que se involucraran en sesiones de capacitación de 60 a 90 minutos durante varios días. Uno de los monos participó en nueve de estas sesiones, mientras que el otro completó 20 sesiones.

Al principio, se mostró a los monos cómo manipular un control que movía un cursor a un objetivo en una pantalla de video. El cursor estaba conectado a una representación en video del movimiento del brazo robótico, y permitía que los monos vieran los efectos que el control tenía sobre la forma y velocidad de movimiento del brazo.

Eventualmente, el control se desconectó del brazo robótico, dejando que los monos tuvieran control del brazo robótico con tan sólo su cerebro, a pesar de que continuaban moviendo un control que no funcionaba. Luego de unos días, sesiones posteriores involucraban la eliminación del control, y a los monos se les permitió ver el brazo robótico real.

Lebedev y su equipo encontraron que luego de un tormentoso periodo de ajuste, los monos podían controlar hábilmente el brazo robótico con tan sólo sus cerebros, sin acceso al control, sin imitar el movimiento que sus brazos realizaban cuando movían el control.

En esta última actualización de los hallazgos, los investigadores observaron detalladamente los datos de las células cerebrales de estos experimentos. Estos patrones de señalización muestran que a medida que los monos mejoraban su habilidad de controlar el brazo robótico, una mayor porción de sus neuronas comenzaban a "encenderse" específicamente mientras manipulaban el brazo robótico.

Al no encontrar una reducción en la habilidad de los monos para mover también sus brazos a voluntad, los autores concluyeron que los monos parecían realmente haber incorporado el brazo robótico a la estructura neural de sus cerebros.

La naturaleza extremadamente flexible de esta interacción entre mente y máquina apunta a la habilidad de los primates de expandir continuamente su sentido de la identidad, dejando abierta la posibilidad de que los cerebros humanos puedan hacer lo mismo con herramientas de alta tecnología.

Lebedev dijo que el hallazgo es un paso críticamente importante en el esfuerzo por crear dispositivos prostéticos que la mente pueda aceptar como una extensión natural y diestra del cuerpo.

"Diría que, por supuesto, tal vez ahora mismo esto se vea como algo que no estará inmediatamente disponible para los humanos", apuntó Lebedev. "Pero si tal vez hace cinco años alguien hubiera preguntado sobre este tipo de trabajo, los científicos investigadores se hubieran mostrado muy escépticos, diciendo que era demasiado difícil. Entonces, no me extrañaría si tal vez en cinco años más pudiéramos tener implicaciones reales para los humanos".

"Esto básicamente confirma lo que hemos estado diciendo", afirmó Andrew Schwartz, profesor de neurobiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh. "Que cuando el mono usa un dispositivo prostético, está aprendiendo. Y el aprendizaje se lleva a cabo como un cambio en la relación entre el mono y el dispositivo".

Schwartz añadió que "Lo mismo sucedería también con los humanos. Y los humanos probablemente aprenderían mejor que los monos".

Más información

Para más información sobre la parálisis, visite el Paralysis Resource Center. Para más información sobre las neuroprótesis, diríjase a la Christopher Reeve Paralysis Foundation.


Artículo por HealthDay, traducido por HispaniCare
FUENTES: Mikhail Lebedev, Ph.D., senior research scientist, Center for Neuro-Engineering, Duke University, Durham, N.C.; Andrew Schwartz, Ph.D., professor, neurobiology, University of Pittsburgh School of Medicine, Pa.; May 11, 2005, Journal of Neuroscience.
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