En un logro jamás imaginado, los electrodos implantados en el cerebro del hombre transmiten señales a una computadora que muestra sus palabras.

El Dr. Eddie Chang, neurocirujano de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Francisco, ayudó a Pancho, un hombre paralizado desde los 20 años, a hablar a través de un implante en su cerebro que se conecta a un programa de computadora. Crédito: Mike Kai Chen para The New York Times


por Pam Belluck

No ha podido hablar desde 2003, cuando quedó paralizado a los 20 años por un derrame cerebral grave después de un terrible accidente automovilístico.

Ahora, en un hito cientĂ­fico, los investigadores han aprovechado las áreas del habla de su cerebro, permitiĂ©ndole producir palabras y oraciones comprensibles simplemente tratando de decirlas. Cuando el hombre, conocido por su apodo, Pancho, intenta hablar, los electrodos implantados en su cerebro transmiten señales a una computadora que muestra las palabras que pretendĂ­a hacer en la pantalla.

Su primera oraciĂłn reconocible, dijeron los investigadores, fue: “Mi familia está afuera”.

El logro, publicado el miĂ©rcoles en el New England Journal of Medicine , podrĂ­a eventualmente ayudar a muchos pacientes con afecciones que les roban la capacidad de hablar.

“Esto es más de lo que jamás imaginamos que podrĂ­amos llegar”, dijo Melanie Fried-Oken, profesora de neurologĂ­a y pediatrĂ­a en la Universidad de Salud y Ciencias de OregĂłn, que no participĂł en el proyecto.

Hace tres años, cuando Pancho, ahora de 38 años, aceptó trabajar con investigadores de neurociencia, no estaban seguros de si su cerebro había retenido siquiera los mecanismos del habla.

“Esa parte de su cerebro podrĂ­a haber estado inactiva, y simplemente no sabĂ­amos si alguna vez realmente se despertarĂ­a para que pudiera volver a hablar”, dijo el Dr. Edward Chang, presidente de cirugĂ­a neurolĂłgica de la Universidad de California, San Francisco, quien dirigiĂł la investigaciĂłn.

El equipo implantĂł una lámina rectangular de 128 electrodos, diseñada para detectar señales de procesos sensoriales y motores relacionados con el habla vinculados a la boca, labios, mandĂ­bula, lengua y laringe. En 50 sesiones durante 81 semanas, conectaron el implante a una computadora mediante un cable conectado a un puerto en la cabeza de Pancho, y le pidieron que intentara decir palabras de una lista de 50 comunes que Ă©l ayudĂł a sugerir, incluyendo “hambre”, ” mĂşsica ”y“ computadora ”.

Mientras lo hacía, los electrodos transmitían señales a través de una forma de inteligencia artificial que intentaba reconocer las palabras deseadas.

“Nuestro sistema traduce la actividad cerebral que normalmente habrĂ­a controlado su tracto vocal directamente en palabras y oraciones”, dijo David Moses, un ingeniero postdoctoral que desarrollĂł el sistema con Sean Metzger y Jessie R. Liu, estudiantes de posgrado. Los tres son autores principales del estudio.

El Dr. Chang se preparĂł para conectar el implante de Pancho a la computadora, que usa una forma de inteligencia artificial para reconocer las palabras que intenta decir.
El Dr. Chang se preparĂł para conectar el implante de Pancho a la computadora, que usa una forma de inteligencia artificial para reconocer las palabras que intenta decir.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times
En una videollamada con The New York Times, Pancho se comunicó usando un método minucioso que involucraba un mouse controlado con la cabeza que él dirigía a mecanografiar las letras una por una.
En una videollamada con The New York Times, Pancho se comunicĂł usando un mĂ©todo minucioso que involucraba un mouse controlado con la cabeza que Ă©l dirigĂ­a a mecanografiar las letras una por una.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times

Pancho (quien pidiĂł ser identificado solo por su apodo para proteger su privacidad) tambiĂ©n tratĂł de decir las 50 palabras en 50 oraciones distintas como “Mi enfermera está justo afuera” y “Trae mis lentes, por favor” y en respuesta a preguntas como ” ÂżCĂłmo estás hoy?”

Su respuesta, que se muestra en pantalla: “Soy muy bueno”.

En casi la mitad de las 9.000 veces que Pancho intentĂł decir palabras sueltas, el algoritmo acertĂł. Cuando intentĂł decir oraciones escritas en la pantalla, lo hizo aĂşn mejor.

Al canalizar los resultados del algoritmo a través de una especie de sistema de predicción del lenguaje autocorrector, la computadora reconoció correctamente palabras individuales en las oraciones casi tres cuartas partes del tiempo y decodificó perfectamente oraciones completas más de la mitad del tiempo.

“Demostrar que se puede descifrar el habla a partir de las señales eléctricas en el área motora del habla de su cerebro es innovador”, dijo el Dr. Fried-Oken, cuya propia investigación implica tratar de detectar señales usando electrodos en una gorra colocada en la cabeza, no implantado.

Luego de una sesiĂłn reciente, observada por The New York Times, Pancho, vestido con un sombrero fedora negro sobre un gorro de punto blanco para cubrir el puerto, sonriĂł e inclinĂł levemente la cabeza con el movimiento limitado que tiene. En ráfagas de sonido áspero, demostrĂł una oraciĂłn compuesta de palabras en el estudio: “No, no tengo sed”.

Ver video de Pancho en https://www.nytimes.com/2021/07/14/health/speech-brain-implant-computer.html

En entrevistas durante varias semanas para este artículo, se comunicó a través de intercambios de correo electrónico utilizando un mouse controlado por la cabeza para teclear minuciosamente tecla por tecla, el método en el que generalmente confía.

El reconocimiento del implante cerebral de sus palabras habladas es “una experiencia que cambia la vida”, dijo.

“Solo quiero, no sé, conseguir algo bueno, porque los médicos siempre me dijeron que no tenía posibilidades de mejorar”, escribió Pancho durante un video chat desde el hogar de ancianos del norte de California donde vive.

Más tarde, enviĂł un correo electrĂłnico: “No poder comunicarse con nadie, tener una conversaciĂłn normal y expresarse de alguna manera, es devastador, muy difĂ­cil de vivir”.

Durante las sesiones de investigaciĂłn con los electrodos, escribiĂł: “Es muy parecido a tener una segunda oportunidad para volver a hablar”.

Pancho era un trabajador de campo saludable en los viñedos de California hasta un accidente automovilĂ­stico despuĂ©s de un partido de fĂştbol un domingo de verano, dijo. DespuĂ©s de la cirugĂ­a por daños graves en el estĂłmago, fue dado de alta del hospital, caminando, hablando y pensando que estaba en camino a la recuperaciĂłn.

Pero a la mañana siguiente, estaba “vomitando y no podĂ­a sostenerme”, escribiĂł. Los mĂ©dicos dijeron que experimentĂł un derrame cerebral, aparentemente causado por un coágulo de sangre posoperatorio.

Una semana despuĂ©s, se despertĂł de un coma en una habitaciĂłn pequeña y oscura. “TratĂ© de moverme, pero no podĂ­a mover un dedo, y tratĂ© de hablar, pero no pude escupir una palabra”, escribiĂł. “Entonces, comencĂ© a llorar, pero como no podĂ­a hacer ningĂşn sonido, solo hice algunos gestos feos”.

Fue espantoso. â€śDesearĂ­a no volver nunca del coma en el que estaba”, escribiĂł.

El nuevo enfoque, llamado neuroprĂłtesis del habla, es parte de una oleada de innovaciĂłn destinada a ayudar a decenas de miles de personas que carecen de la capacidad para hablar, pero cuyos cerebros contienen vĂ­as neuronales para el habla, dijo la Dra. Leigh Hochberg, neurĂłloga de Massachusetts. General Hospital, Brown University y el Departamento de Asuntos de Veteranos, que no participĂł en el estudio pero que coescribiĂł un editorial al respecto .

Eso podría incluir a personas con lesiones cerebrales o afecciones como esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o parálisis cerebral, en las que los pacientes tienen un control muscular insuficiente para hablar.

Pancho era un trabajador de campo previamente sano que quedó paralizado por un derrame cerebral después de un accidente automovilístico a los 20 años. Después de pasar un tiempo en tres hospitales, se mudó a un hogar de ancianos hace unos 15 años.
Pancho era un trabajador de campo previamente sano que quedĂł paralizado por un derrame cerebral despuĂ©s de un accidente automovilĂ­stico a los 20 años. DespuĂ©s de pasar un tiempo en tres hospitales, se mudĂł a un hogar de ancianos hace unos 15 años.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times
Viñedos como los que Pancho podaba.
Viñedos como los que Pancho podaba.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times

“No se puede exagerar la urgencia”, dijo el Dr. Hochberg, quien dirige un proyecto llamado BrainGate que implanta electrodos más pequeños para leer señales de neuronas individuales; recientemente decodificĂł los intentos de escritura de un paciente paralĂ­tico .

“Ahora es sĂłlo cuestiĂłn de años”, dijo, “antes de que haya un sistema clĂ­nicamente Ăştil que permita restaurar la comunicaciĂłn”.

Durante años, Pancho se comunicaba deletreando palabras en una computadora usando un puntero sujeto a una gorra de béisbol, un método arduo que le permitía escribir alrededor de cinco palabras correctas por minuto.

“Tuve que inclinar / inclinar la cabeza hacia adelante, hacia abajo y presionar una letra clave una por una para escribir”, escribió por correo electrónico.

El año pasado, los investigadores le dieron otro dispositivo que involucraba un ratón controlado por la cabeza, pero todavía no es tan rápido como los electrodos cerebrales en las sesiones de investigación.

A travĂ©s de los electrodos, Pancho comunicaba de 15 a 18 palabras por minuto. Esa fue la velocidad máxima que permitiĂł el estudio porque la computadora esperĂł entre las indicaciones. El Dr. Chang dice que es posible una decodificaciĂłn más rápida, aunque no está claro si se acercará al ritmo del habla conversacional tĂ­pica: alrededor de 150 palabras por minuto. La velocidad es una razĂłn clave por la que el proyecto se enfoca en hablar, aprovechando directamente el sistema de producciĂłn de palabras del cerebro en lugar de los movimientos de las manos involucrados en la mecanografĂ­a o la escritura.

“Es la forma más natural para que las personas se comuniquen”, dijo.

La personalidad optimista de Pancho ha ayudado a los investigadores a superar los desafíos, pero en ocasiones también hace que el reconocimiento de voz sea desigual.

“A veces no puedo controlar mis emociones y reír mucho y no me va muy bien con el experimento”, escribió por correo electrónico.

El Dr. Chang recordĂł momentos en los que, despuĂ©s de que el algoritmo identificĂł con Ă©xito una oraciĂłn, “se le podĂ­a ver temblar visiblemente y parecĂ­a que se estaba riendo”. Cuando eso sucedĂ­a o cuando, durante las tareas repetitivas, bostezaba o se distraĂ­a, “no funcionĂł muy bien porque no estaba realmente concentrado en entender esas palabras. Entonces, tenemos algunas cosas en las que trabajar porque obviamente queremos que funcione todo el tiempo “.

El algoritmo a veces confundĂ­a palabras con sonidos fonĂ©ticos similares, identificando “ir” como “traer”, “hacer” como “usted” y palabras que comienzan con “F” – “fe”, “familia”, “sentir” – como una V -palabra, “muy”.

Las oraciones más largas necesitaban más ayuda del sistema de predicciĂłn del lenguaje. Sin Ă©l, “ÂżQuĂ© te parece mi mĂşsica?” fue decodificado como “ÂżCĂłmo te gusta el mal traer?” y “Hola, ÂżcĂłmo estás?” se convirtiĂł en “Hambriento, ÂżcĂłmo estás?”

Fuera de casa, Pancho usó un puntero láser y una hoja de palabras y letras para comunicarse.
Fuera de casa, Pancho usĂł un puntero láser y una hoja de palabras y letras para comunicarse.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times
Comprando galletas en un mercado de agricultores que frecuenta cada semana por su cuenta.
Comprando galletas en un mercado de agricultores que frecuenta cada semana por su cuenta.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times

Pero en las sesiones que la pandemia interrumpiĂł durante meses, la precisiĂłn mejorĂł, dijo el Dr. Chang, tanto porque el algoritmo aprendiĂł de los esfuerzos de Pancho como porque “definitivamente hay cosas que están cambiando en su cerebro”, ayudándolo a “iluminarse y mostrarnos las señales”. que necesitábamos sacar estas palabras “.

Antes de su derrame cerebral, Pancho habĂ­a asistido a la escuela solo hasta sexto grado en su MĂ©xico natal. Con notable determinaciĂłn, desde entonces obtuvo un diploma de escuela secundaria, tomĂł clases universitarias, recibiĂł un certificado de desarrollador web y comenzĂł a estudiar francĂ©s.

“Creo que el accidente automovilĂ­stico me ayudĂł a ser una mejor persona y más inteligente tambiĂ©n”, escribiĂł por correo electrĂłnico.

Con su movimiento restringido de muñeca, Pancho puede maniobrar una silla de ruedas elĂ©ctrica, presionando el joystick con un calcetĂ­n de peluche atado alrededor de su mano con bandas de goma.  En las tiendas, estará cerca de algo hasta que los cajeros descifren lo que quiere, como una taza de cafĂ©.

“Lo colocan en mi silla de ruedas y lo llevo de regreso a casa para que me ayuden a beberlo”, dijo. “La gente aquĂ­ en la instalaciĂłn se sorprende, siempre me preguntan, ‘ÂżCĂ“MO COMPRAS ESO Y CĂ“MO LE DIJISTE LO QUE QUERĂŤAS?'”

También trabaja con otros investigadores que utilizan los electrodos para ayudarlo a manipular un brazo robótico.

Sus sesiones de oratoria dos veces por semana pueden ser difĂ­ciles y agotadoras, pero siempre está “deseando despertarse y levantarse de la cama todos los dĂ­as, y esperar a que llegue mi gente de UCSF”.

Voy a tomar un café. 
Voy a tomar un cafĂ©. CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times
Pancho durante una sesión con investigadores, incluidos, de izquierda a derecha, el Dr. Chang, Sean Metzger, David Moses y Jessie R. Liu.  “Él es verdaderamente un pionero”, dijo el Dr. Moses.
Pancho durante una sesiĂłn con investigadores, incluidos, de izquierda a derecha, el Dr. Chang, Sean Metzger, David Moses y Jessie R. Liu. â€śĂ‰l es verdaderamente un pionero”, dijo el Dr. Moses.CrĂ©dito…Mike Kai Chen para The New York Times

El estudio del habla es la culminaciĂłn de más de una dĂ©cada de investigaciĂłn, en la que el equipo del Dr. Chang trazĂł un mapa de la actividad cerebral de todos los sonidos de vocales y consonantes y aprovechĂł los cerebros de personas sanas para producir un habla computarizada .

Los investigadores enfatizan que los electrodos no leen la mente de Pancho, sino que detectan señales cerebrales correspondientes a cada palabra que intenta decir.

“Está pensando en la palabra”, dijo el Dr. Fried-Oken. “No son pensamientos aleatorios lo que la computadora está captando”.

El Dr. Chang dijo que “en el futuro, podrĂ­amos hacer lo que la gente piensa”, lo que plantea “algunas preguntas realmente importantes sobre la Ă©tica de este tipo de tecnologĂ­a”. Pero esto, dijo, “realmente se trata de restaurar la voz del individuo”.

En tareas más nuevas, Pancho imita palabras en silencio y deletrea palabras menos comunes usando el alfabeto militar: “delta” para “d”, “foxtrot” para “f”.

“Él es verdaderamente un pionero”, dijo el Dr. Moses.

El equipo también quiere diseñar implantes con más sensibilidad y hacerlo inalámbrico para una implantación completa para evitar infecciones, dijo el Dr. Chang.

A medida que participan más pacientes, los científicos pueden encontrar variaciones cerebrales individuales, dijo el Dr. Fried-Oken, y agregó que si los pacientes están cansados ​​o enfermos, la intensidad o el tiempo de las señales cerebrales podrían cambiar.

“Solo quería de alguna manera poder hacer algo por mí mismo, aunque sea un poquito”, dijo Pancho, “pero ahora lo sé, no lo estoy haciendo solo por mí”.

Pam Belluck es una escritora de ciencia y salud cuyos honores incluyen compartir un premio Pulitzer y ganar el premio Nellie Bly a la mejor historia de portada. Es autora de Island Practice, un libro sobre un mĂ©dico inusual.@PamBelluck

Fuente: https://www.nytimes.com/2021/07/14/health/speech-brain-implant-computer.html

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