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 científico, los investigadores han aprovechado las áreas del habla de su cerebro, permitiéndole 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 pretendía hacer en la pantalla.
Su primera oración reconocible, dijeron los investigadores, fue: “Mi familia está afuera”.
El logro, publicado el miércoles en el New England Journal of Medicine , podría eventualmente ayudar a muchos pacientes con afecciones que les roban la capacidad de hablar.
“Esto es más de lo que jamás imaginamos que podríamos llegar”, dijo Melanie Fried-Oken, profesora de neurología y pediatría en la Universidad de Salud y Ciencias de Oregón, que no participó 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 podría haber estado inactiva, y simplemente no sabíamos si alguna vez realmente se despertaría para que pudiera volver a hablar”, dijo el Dr. Edward Chang, presidente de cirugía neurológica de la Universidad de California, San Francisco, quien dirigió la investigación.
El equipo implantó una lámina rectangular de 128 electrodos, diseñada para detectar señales de procesos sensoriales y motores relacionados con el habla vinculados a la boca, labios, mandíbula, 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 él ayudó a sugerir, incluyendo “hambre”, ” música ”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 habría controlado su tracto vocal directamente en palabras y oraciones”, dijo David Moses, un ingeniero postdoctoral que desarrolló el sistema con Sean Metzger y Jessie R. Liu, estudiantes de posgrado. Los tres son autores principales del estudio.
Pancho (quien pidió ser identificado solo por su apodo para proteger su privacidad) también trató 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 ” ¿Cómo estás hoy?”
Su respuesta, que se muestra en pantalla: “Soy muy bueno”.
En casi la mitad de las 9.000 veces que Pancho intentó decir palabras sueltas, el algoritmo acertó. Cuando intentó decir oraciones escritas en la pantalla, lo hizo aún 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 sesión reciente, observada por The New York Times, Pancho, vestido con un sombrero fedora negro sobre un gorro de punto blanco para cubrir el puerto, sonrió e inclinó levemente la cabeza con el movimiento limitado que tiene. En ráfagas de sonido áspero, demostró una oración 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, envió un correo electrónico: “No poder comunicarse con nadie, tener una conversación normal y expresarse de alguna manera, es devastador, muy difícil de vivir”.
Durante las sesiones de investigación con los electrodos, escribió: “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 automovilístico después de un partido de fútbol un domingo de verano, dijo. Después de la cirugía por daños graves en el estómago, fue dado de alta del hospital, caminando, hablando y pensando que estaba en camino a la recuperación.
Pero a la mañana siguiente, estaba “vomitando y no podía sostenerme”, escribió. Los médicos dijeron que experimentó un derrame cerebral, aparentemente causado por un coágulo de sangre posoperatorio.
Una semana después, se despertó de un coma en una habitación pequeña y oscura. “Traté de moverme, pero no podía mover un dedo, y traté de hablar, pero no pude escupir una palabra”, escribió. “Entonces, comencé a llorar, pero como no podía hacer ningún sonido, solo hice algunos gestos feos”.
Fue espantoso. “Desearía no volver nunca del coma en el que estaba”, escribió.
El nuevo enfoque, llamado neuroprótesis del habla, es parte de una oleada de innovación destinada a ayudar a decenas de miles de personas que carecen de la capacidad para hablar, pero cuyos cerebros contienen vías neuronales para el habla, dijo la Dra. Leigh Hochberg, neuróloga de Massachusetts. General Hospital, Brown University y el Departamento de Asuntos de Veteranos, que no participó en el estudio pero que coescribió 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.
“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 decodificó los intentos de escritura de un paciente paralítico .
“Ahora es sólo cuestión de años”, dijo, “antes de que haya un sistema clínicamente útil que permita restaurar la comunicación”.
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 través de los electrodos, Pancho comunicaba de 15 a 18 palabras por minuto. Esa fue la velocidad máxima que permitió el estudio porque la computadora esperó entre las indicaciones. El Dr. Chang dice que es posible una decodificación más rápida, aunque no está claro si se acercará al ritmo del habla conversacional típica: alrededor de 150 palabras por minuto. La velocidad es una razón clave por la que el proyecto se enfoca en hablar, aprovechando directamente el sistema de producción de palabras del cerebro en lugar de los movimientos de las manos involucrados en la mecanografía 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 recordó momentos en los que, después de que el algoritmo identificó con éxito una oración, “se le podía ver temblar visiblemente y parecía que se estaba riendo”. Cuando eso sucedía o cuando, durante las tareas repetitivas, bostezaba o se distraía, “no funcionó 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 confundía palabras con sonidos fonéticos 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 predicción del lenguaje. Sin él, “¿Qué te parece mi música?” fue decodificado como “¿Cómo te gusta el mal traer?” y “Hola, ¿cómo estás?” se convirtió en “Hambriento, ¿cómo estás?”
Pero en las sesiones que la pandemia interrumpió durante meses, la precisión mejoró, dijo el Dr. Chang, tanto porque el algoritmo aprendió 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 había asistido a la escuela solo hasta sexto grado en su México natal. Con notable determinación, desde entonces obtuvo un diploma de escuela secundaria, tomó clases universitarias, recibió un certificado de desarrollador web y comenzó a estudiar francés.
“Creo que el accidente automovilístico me ayudó a ser una mejor persona y más inteligente también”, escribió por correo electrónico.
Con su movimiento restringido de muñeca, Pancho puede maniobrar una silla de ruedas eléctrica, presionando el joystick con un calcetín 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 café.
“Lo colocan en mi silla de ruedas y lo llevo de regreso a casa para que me ayuden a beberlo”, dijo. “La gente aquí en la instalación se sorprende, siempre me preguntan, ‘¿CÓMO COMPRAS ESO Y CÓMO LE DIJISTE LO QUE QUERÍAS?'”
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 difíciles y agotadoras, pero siempre está “deseando despertarse y levantarse de la cama todos los días, y esperar a que llegue mi gente de UCSF”.
El estudio del habla es la culminación de más de una década de investigación, en la que el equipo del Dr. Chang trazó un mapa de la actividad cerebral de todos los sonidos de vocales y consonantes y aprovechó 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, podríamos hacer lo que la gente piensa”, lo que plantea “algunas preguntas realmente importantes sobre la ética de este tipo de tecnología”. 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 médico inusual.@PamBelluck
Fuente: https://www.nytimes.com/2021/07/14/health/speech-brain-implant-computer.html
