¿Cómo se adapta el cerebro humano a controlar extremidades artificiales?
CIENCIAS DE LA SALUD Y TECNOLOGÍA / NEUROLOGÍA.
Para realizar movimientos precisos de partes de nuestro cuerpo, el sistema motor del cerebro debe recalibrarse continuamente. Nuestro cerebro utiliza las desviaciones del movimiento deseado como señales de error con las que aprender a reajustar del modo idóneo las órdenes motoras en el siguiente intento de realizar dicho movimiento.
El cerebro también debe realizar esta tarea cuando desea controlar un movimiento mediante una interfaz cerebro-ordenador. Hasta ahora, no estaba claro qué regiones del cerebro se centran en el resultado esperado del movimiento que se ejecuta, cuáles se centran en las señales de error y cuáles se centran en la orden de movimiento corregida que busca compensar el error anterior.
Representación gráfica del cerebro de un mono rhesus. Las áreas cerebrales que intervienen en el control de los movimientos prensiles de la mano y de otros del brazo están marcadas con colores. Amarillo: corteza premotora; verde: corteza motora; azul: área intraparietal medial. Imagen: Vladyslav Ivanov, creada con AFNI_25.2.18, https://afni.nimh.nih.gov/ .
Enrico Ferrea, Pierre Morel y Alexander Gail, los tres del Centro Alemán de Primates en Gotinga, Alemania, se propusieron averiguarlo.
Los investigadores examinaron el aprendizaje motor en ciertas regiones cerebrales de monos rhesus. Esas regiones son las responsables del control de los movimientos de los brazos y de los de las manos encaminados a agarrar cosas. Las áreas frontales se encargan, entre otras cosas, de planificar y ejecutar los movimientos enviando las señales correspondientes a los músculos. Las regiones parietales del cerebro desempeñan un papel clave en la integración de señales sensoriales, especialmente visuales, y por lo tanto, ayudan, por ejemplo, a determinar la ubicación en el espacio del objetivo al que se desea llegar con el movimiento en ejecución.
Los monos rhesus fueron entrenados para mover un cursor de ordenador en un entorno virtual tridimensional, valiéndose únicamente del pensamiento y de una interfaz cerebro-ordenador. Se midió la actividad de las poblaciones de células nerviosas en las áreas correspondientes del cerebro. Con la ayuda de algoritmos de aprendizaje automático (una modalidad de inteligencia artificial), la interfaz cerebro-ordenador interpretaba continuamente los patrones de actividad cerebral de los animales y los traducía en movimiento. De esta manera, los investigadores pudieron modificar el algoritmo de la interfaz cerebro-ordenador para que la traducción fuera sistemáticamente incorrecta sin afectar a las capacidades de movimiento naturales de los animales. El movimiento que los animales veían en la pantalla no se correspondía con el movimiento que habían imaginado previamente. Como resultado, los monos tuvieron que ajustar repetidamente su actividad cerebral para compensar estos errores. Ello permitió a los investigadores estudiar en detalle el proceso de adaptación del cerebro.
Los resultados muestran, en consonancia con hallazgos previos, que el cerebro puede adaptarse a esta situación sin reestructurar sus conexiones neuronales. El cerebro recurre a un sistema ya existente y actúa como cuando al lanzar una pelota el individuo no logra hacerlo en la dirección precisa deseada y vuelve a intentarlo intentando ajustar la orientación del lanzamiento.
Sorprendentemente, a juzgar por los nuevos hallazgos, diferentes regiones del cerebro procesan conjuntamente las órdenes de movimiento corregidas, en vez de, como se suponía anteriormente, que una parte de la corteza cerebral se centrase en la orden de movimiento a los músculos y otra parte se centrara en la consecuencia sensorial prevista de dicha orden. En la vida cotidiana, estos dos componentes del control del movimiento suelen trabajar con señales muy similares, lo que dificulta distinguir entre las regiones cerebrales responsables de ellos. El diseño de los experimentos del nuevo estudio permitió separar estos componentes y examinarlos de forma independiente. De este modo, se ha comprobado que es inexacta la división de funciones entre las regiones parietales y frontales del cerebro que hasta ahora se daba por válida.
Conociendo bien cómo el cerebro recalibra los movimientos es factible desarrollar prótesis más eficaces que permitan restaurar la función motora en personas con parálisis por causas neurológicas o de otros tipos.
El estudio se titula “Frontal and parietal planning signals encode adapted motor commands when learning to control a brain-computer interface”. Y se ha publicado en la revista académica PLoS Biology.
Por: Redacción.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings