La capacitación puede ayudar a los usuarios tetrapléjicos a operar sillas de ruedas controladas mentalmente en espacios naturales y desordenados

La capacitación puede ayudar a los usuarios tetrapléjicos a operar sillas de ruedas controladas mentalmente en espacios naturales y desordenados

Una silla de ruedas controlada mentalmente puede ayudar a una persona paralizada a obtener nueva movilidad al traducir los pensamientos del usuario en comandos mecánicos. El 18 de noviembre, investigadores muestran en la revista iScience que después de un entrenamiento prolongado, los usuarios tetrapléjicos pueden operar sillas de ruedas controladas mentalmente en un ambiente natural y desordenado.

Mostramos que el aprendizaje mutuo tanto del usuario como del algoritmo de interfaz cerebro-máquina es importante para que los usuarios operen con éxito dichas sillas de ruedas. Nuestra investigación destaca una vía potencial para mejorar la implementación clínica de la tecnología de interfaz cerebro-máquina no invasiva”.

José del R. Millán, autor correspondiente del estudio, Universidad de Texas en Austin

Millán y sus colegas reclutaron a tres tetrapléjicos para el estudio longitudinal. Cada uno de los participantes completó sesiones de capacitación tres veces por semana durante 2 a 5 meses. Los participantes llevaban un casquete que registraba su actividad cerebral mediante electroencefalografía (EEG), que se convertía en comandos mecánicos para las sillas de ruedas a través de un dispositivo de interfaz cerebro-máquina. Se pidió a los participantes que controlaran la dirección de la silla de ruedas pensando en el movimiento de las partes de su cuerpo. Específicamente, tenían que recordar mover ambas manos para girar a la izquierda y ambos pies para girar a la derecha.

En la primera sesión de entrenamiento, tres participantes tuvieron niveles similares de precisión (cuando las respuestas del dispositivo coincidían con los pensamientos de los usuarios), que oscilaban entre aproximadamente el 43% y el 55%. Durante el transcurso de la capacitación, el equipo del Dispositivo de Interfaz Cerebro-Máquina notó una mejora significativa en la precisión del Participante 1, quien logró más del 95 % de precisión al final de su capacitación. El equipo también observó un aumento en la precisión del Participante 3 al 98 % a mitad de su entrenamiento, antes de que el equipo actualizara su dispositivo con un nuevo algoritmo.

La mejora observada en los participantes 1 y 3 se correlaciona con una mejora en la discriminación de características, es decir, h. la capacidad del algoritmo para distinguir el patrón de actividad cerebral codificado para pensamientos de "ir a la izquierda" del de los pensamientos de "ir a la derecha". El equipo descubrió que la mejor discriminación de características no era sólo el resultado del aprendizaje automático del dispositivo, sino también del aprendizaje en los cerebros de los participantes. El EEG de los participantes 1 y 3 mostró cambios significativos en los patrones de ondas cerebrales a medida que mejoraron la precisión del control mental del dispositivo.

"Vemos en los resultados del EEG que el sujeto ha consolidado la capacidad de modular diferentes partes de su cerebro para producir un patrón de 'ir a la izquierda' y otro patrón de 'ir a la derecha'", dice Millán. "Creemos que hay una reorganización cortical que se produjo como resultado del proceso de aprendizaje de los participantes".

En comparación con los participantes 1 y 3, el participante 2 no tuvo cambios significativos en los patrones de actividad cerebral durante el entrenamiento. Su precisión aumentó sólo ligeramente en las primeras sesiones, pero se mantuvo estable durante el resto del período de entrenamiento. Esto sugiere que el aprendizaje automático por sí solo no es suficiente para maniobrar con éxito un dispositivo controlado mentalmente, dice Millán.

Al final de la capacitación, se pidió a todos los participantes que condujeran sus sillas de ruedas a través de una sala de hospital abarrotada. Tuvieron que sortear obstáculos como un separador de habitaciones y camas de hospital, que están dispuestas para simular el entorno real. Tanto los participantes 1 como 3 completaron la tarea, mientras que el participante 2 no la completó.

“Parece que para que alguien adquiera un buen control de la interfaz cerebro-máquina, que le permita realizar actividades cotidianas relativamente complejas como conducir una silla de ruedas en un entorno natural, se requiere de una reorganización neuroplástica en nuestra corteza”, afirma Millán.

El estudio también destacó el papel de la formación de usuarios a largo plazo. Aunque el participante 1 tuvo un desempeño excelente al final, también tuvo dificultades en los primeros entrenamientos, dice Millán. El estudio longitudinal es uno de los primeros en evaluar la implementación clínica de la tecnología de interfaz cerebro-máquina no invasiva en pacientes cuadripléjicos.

A continuación, el equipo quiere descubrir por qué el participante 2 no experimentó el efecto de aprendizaje. Esperan realizar un análisis más detallado de las señales cerebrales de cada participante para comprender sus diferencias y posibles intervenciones para las personas que luchan con el proceso de aprendizaje en el futuro.

Este trabajo fue apoyado en parte por el Ministerio de Educación italiano y el Instituto de Tecnología de la Información de la Universidad de Padua.

Fuente:

Prensa celular

Referencia:

Tonín, L., et al. (2022) Aprender a controlar una silla de ruedas controlada por el IMC para personas con tetraplejía grave. iCiencia. doi.org/10.1016/j.isci.2022.105418.

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