Ha llegado la comunicación cerebro a cerebro. ¿Cómo lo hicimos?

Puede que recuerden al neurocientífico Miguel Nicolelis, pues construyó el exoesqueleto controlado por el cerebro que permitió a un hombre paralizado dar el puntapié inicial de la Copa del Mundo de 2014. ¿En qué está trabajando ahora? Construye maneras para que dos mentes (de ratas y monos, por ahora) envíen mensajes de un cerebro a otro. Mira hasta el final pues hay un experimento que, según dice, se dirige a "los límites de lo imaginable".

El 12 de junio de 2014,
precisamente a las 15:33

en una tibia tarde de invierno
en São Paulo, Brasil,

una típica tarde de invierno
en América del Sur,

este chico, este joven
que ven celebrando aquí

como si hubiera anotado un gol,

Juliano Pinto, de 29 años,
hizo una proeza magnífica.

A pesar de estar paralizado

y no sentir desde la mitad del pecho
hasta la punta de sus dedos de los pies

como resultado de
un accidente automovilístico

hace 6 años que mató a su hermano

y produjo una lesión medular completa

que dejó a Juliano en una silla de ruedas,

Juliano se puso a la altura
de la ocasión y en ese día hizo algo

que casi todos los que lo vieron
en estos 6 años, pensaban imposible.

Juliano Pinto dio la patada inicial

de la Copa del Mundo Brasil 2014

con solo pensarlo.

No podía mover su cuerpo,

pero podía imaginar los movimientos
necesarios para patear una pelota.

Antes de la lesión era atleta.
Ahora es para-atleta.

Espero que en un par de años
esté en los Juegos Paralímpicos.

Pero la lesión de la médula espinal
no le robó a Juliano

la capacidad de soñar.

Sueño que cumplió esa tarde
ante un estadio de 75 000 personas

y un público de cerca de 1000 millones
que lo vieron por TV.

Esa patada coronó, básicamente,
30 años de investigación básica

que estudió cómo el cerebro,

ese universo increíble
que tenemos entre los oídos

solo comparable con el universo
que tenemos sobre nuestras cabezas,

porque tiene unos
100 000 millones de elementos

que hablan unos con otros
mediante ráfagas eléctricas,

el logro de Juliano llevó 30 años
de imaginación en laboratorio

y unos 15 años de planificación.

Cuando hace 15 años, John Chapin y yo,
propusimos en un artículo

que construiríamos algo que
llamamos interfaz cerebro-máquina,

es decir, conectar
el cerebro a dispositivos

para que animales y seres humanos
puedan mover estos dispositivos,

sin importar lo lejos que estuvieran
de sus propios cuerpos

con solo imaginar lo que quieren hacer,

nuestros colegas nos dijeron
que necesitábamos ayuda profesional,

ayuda psiquiátrica.

Y a pesar de eso, el escocés
y el brasileño perseveraron,

porque así nos criaron
en nuestros respectivos países,

y durante 12 a 15 años,

hicimos una tras otra demostración
sugiriendo que esto era posible.

Que una interfaz cerebro-máquina
no es ciencia aeroespacial,

es solo investigación del cerebro.

No es más que usar sensores,

leer las ráfagas eléctricas
que produce el cerebro

para generar los comandos motrices

que tendrán que descargarse
en la médula espinal.

Por eso diseñamos sensores que pueden leer

cientos y ahora miles de estas
células del cerebro en simultáneo

y extraer de estas señales eléctricas

la planificación motriz
que está generando el cerebro

para hacernos mover en el espacio.

Al hacerlo, convertimos estas señales
en comandos digitales

que cualquier dispositivo
mecánico, electrónico,

o incluso virtual pueda comprender

de modo que el sujeto pueda imaginar
qué quiere hacer mover

y el dispositivo obedezca
ese comando del cerebro.

Dotando a estos dispositivos
con diferentes tipos de sensores,

como verán en un momento,

enviamos de regreso señales
al cerebro para confirmar

que se activó ese motor voluntario
sin importar dónde

--próximo al sujeto, en otra habitación,
o al otro lado del planeta--

Y conforme el cerebro
recibió la respuesta

el cerebro cumplió su objetivo:
hacernos mover.

Este es un experimento
que publicamos hace unos años,

en el que un mono,
sin mover el cuerpo,

aprendió los movimientos
del brazo de un avatar,

un brazo virtual que no existe.

Lo que escuchan es el sonido
del cerebro de este mono

mientras explora 3 esferas
distintas visualmente idénticas

en el espacio virtual.

Para ganar la recompensa, una gota de jugo
de naranja que a los monos les encanta,

este animal tiene que detectar,
seleccionar uno de estos objetos

con el tacto,

sin verlo, con el tacto,

porque cada vez que esta mano virtual
toca uno de los objetos,

un pulso eléctrico vuelve
al cerebro del animal

describiendo la textura fina
de la superficie de este objeto,

para que el animal evalúe
cuál es el objeto correcto a agarrar

y, de hacerlo, recibe una recompensa
sin mover un músculo.

El almuerzo brasileño perfecto:

conseguir el jugo de naranja
sin mover un dedo.

Al ver que ocurría esto,

volvimos a la idea que habíamos
publicado 15 años antes.

Reactivamos este artículo.

Lo sacamos de los cajones,

y propusimos que quizá podríamos hacer
que un cerebro humano paralizado

usara la interfaz cerebro-máquina
para recuperar movilidad.

La idea era que si uno sufrió

--esto puede pasarnos a todos--

Es muy repentino, se los digo.

En un milisegundo de una colisión,

un accidente automovilístico
cambia tu vida por completo.

Si uno sufre una lesión completa
de la médula espinal,

no puede moverse
porque las señales del cerebro

no pueden llegar a los músculos.

No obstante, las señales
se siguen generando en la cabeza.

Los pacientes parapléjicos, tetrapléjicos
cada noche sueñan con moverse.

Tienen eso dentro de sus cabezas.

El problema es cómo extraer ese código

y generar el movimiento otra vez.

Entonces propusimos
crear un nuevo cuerpo.

Creemos un chaleco robótico.

Y por eso Juliano pudo patear
la pelota con solo pensarlo,

porque tenía puesto el primer chaleco
robótico controlado por el cerebro

que los pacientes cuadripléjicos
pueden usar para moverse

y recuperar la señal de respuesta.

Esa fue la idea original, hace 15 años.

Les mostraré cómo,
156 personas de 25 países

de los 5 continentes
de esta hermosa Tierra

dejaron sus vidas, dejaron sus patentes,

dejaron sus perros, esposas,
niños, escuela, trabajos

y vinieron a Brasil durante 18 meses
para hacer que esto sea posible.

Porque un par de años después,

de que Brasil fuera galardonado
con la Copa del Mundo,

supimos que el gobierno brasileño
quería hacer algo significativo

en la ceremonia inaugural

en el país que reinventó
y el fútbol perfeccionado

hasta que nos encontramos
con los alemanes, por supuesto.

(Risas)

Pero esa es otra charla, que requiere

otro neurocientífico diferente.

Brasil quería mostrar

un país completamente diferente,

que valora la ciencia y la tecnología,

y puede darle un regalo a millones,
25 millones de personas en el mundo

que ya no pueden moverse debido
a una lesión en la médula espinal.

Le propusimos al gobierno
brasileño y a la FIFA

hagamos que la patada inicial
de la Copa del Mundo 2014

lo dé un brasileño parapléjico

usando un exoesqueleto controlado por
el cerebro que le permita patear la pelota

y sentir el contacto con la pelota.

Nos miraron, pensaron que
estábamos completamente locos,

y dijeron: "Bueno, intentémoslo".

Tuvimos 18 meses para hacer todo de cero.

No teníamos exoesqueleto,
no teníamos pacientes,

no teníamos nada.

Estas personas llegaron todas juntas

y en 18 meses, tuvimos 8 pacientes
en una rutina de entrenamiento

y, básicamente,
construimos esto de la nada

y lo llamamos Brasil Santos Dumont 1.

El primer exoesqueleto controlado
por el cerebro a construir

fue bautizado con el nombre
del científico brasileño más famoso

Alberto Santos Dumont,

que el 19 de octubre de 1901
creó y voló él mismo

el primer dirigible controlado en el aire
en París ante un millón de personas.

Lo siento, amigos de EE.UU.,

vivo en Carolina del Norte,

pero eso fue 2 años antes del vuelo
de los Hermanos Wright

en la costa de Carolina del Norte.

(Aplausos)

El control de vuelo es brasileño.
(Risas)

Nos juntamos con estos muchachos

y en esencia construimos
este exoesqueleto,

15 grados de libertad, máquina hidráulica

que puede comandarse
con señales del cerebro

registradas por una tecnología no invasiva
llamada electroencefalografía

que básicamente permite
que el paciente imagine los movimientos

envíe sus órdenes a
los controles, los motores,

y estos se hagan.

Este exoesqueleto estaba
cubierto con una piel artificial

inventada por Gordon Cheng,
uno de mis grandes amigos, en Múnich,

que permite que la sensación

de articulaciones en movimiento
y pie en el suelo

vuelva al paciente a través
de un chaleco, de una camisa.

Es una camisa inteligente
con elementos de micro-vibración

que básicamente envía una respuesta
y engaña al cerebro del paciente

creando una sensación de que
no es una máquina lo que lo mueve,

sino que es él quien camina de nuevo.

Lo hicimos funcionar y lo que verán aquí

es la primera vez que caminó
uno de nuestros pacientes, Bruno.

Tarda unos segundos porque
estamos preparando todo,

y verán una luz azul
en frente del casco

porque Bruno imaginará
el movimiento a realizar,

la computadora lo analizará,
Bruno lo certificará,

y una vez certificado,

el dispositivo se pone en movimiento
bajo el mando del cerebro de Bruno.

Y él lo hizo bien
y ahora empieza a caminar.

Después de 9 años sin poder moverse,

está caminando por sí mismo.

Y más que eso...

(Aplausos)

más que solo caminando,

está sintiendo el piso,

y si aumenta la velocidad del exo,

nos dice que está caminando
de nuevo en la arena de Santos,

el balneario donde solía ir
antes de tener el accidente.

Por eso el cerebro crea una sensación
nueva en la cabeza de Bruno.

Camina, y al final del camino
--me estoy quedando sin tiempo--

dice: "Saben, muchachos,

les pediré prestado esto cuando me case,

porque quisiera caminar hasta el altar,

ver a mi novia y realmente
estar allí por mi cuenta.

Claro, lo tendrá cuando quiera.

Y eso era lo que queríamos mostrar
en la Copa del Mundo, y no pudimos,

porque por alguna razón misteriosa,
la FIFA cortó la emisión a la mitad.

Lo que verán muy rápidamente es a
Juliano Pinto en el exo dando la patada

unos minutos antes
de ir al campo de juego

y hacerlo de verdad delante
de toda la multitud,

y las luces que verán simplemente
describen la operación.

Básicamente, las luces azules pulsantes
indican que la exo está listo.

Puede recibir pensamientos
y devolver respuestas

y cuando Juliano toma la decisión
de patear la pelota

verán dos rayos de luz verde y amarilla

que salen del casco y van a las piernas,

que representan los comandos
mentales recibidos por el exo

para hacerlos realidad.

En básicamente 13 segundos,

Juliano dio la patada.

Pueden ver los comandos.

Se prepara, ponen la pelota,
y da la patada.

Y lo más sorprendente

es que 10 segundos después de hacerlo,
nos mira en el campo,

y nos dice, celebrando como vieron,

"Sentí la pelota".

Eso no tiene precio.

(Aplausos)

¿Cómo sigue esto?

Tengo 2 minutos para contarles

que va hacia los límites de lo imaginable.

La tecnología cerebro-accionada está aquí.

Lo más reciente: acabamos
de publicar esto hace un año,

la primera interfaz cerebro a cerebro

que le permite a dos animales
intercambiar mensajes mentales

de modo que un animal ve algo
que viene del entorno

manda un SMS mental,
un SMS neurofisiológico,

al segundo animal

y el segundo animal hace la acción
que tiene que hacer

sin siquiera saber que
el entorno le envió el mensaje

porque el mensaje vino
del cerebro del primer animal.

Esta es la primera demo.

Iré muy rápido porque
quiero mostrarles la última.

Aquí verán la primera rata

a la que se le muestra una luz
a la izquierda de la jaula

que tiene que presionar a la izquierda
para obtener la recompensa.

Va y lo hace.

Al mismo tiempo envía un mensaje mental

a la segunda rata que no vio la luz,

y la segunda rata, un 70 % de las veces

presionará la palanca izquierda
para obtener la recompensa

sin siquiera experimentar
la luz en la retina.

Bueno, llevamos esto un poco más lejos

al hacer que unos monos colaboren
mentalmente en una red cerebral,

básicamente donando actividad cerebral

y combinando esto para mover
el brazo virtual que mostré antes.

Aquí ven la primera vez que
dos monos combinaron sus cerebros,

sincronizaron sus cerebros perfectamente
para hacer mover este brazo virtual.

Un mono controla la dimensión X,

el otro mono controla la dimensión Y.

Pero se pone un poquito
más interesante con 3 monos

si uno le pide a un mono
que controle X e Y,

a otro mono que controle Y y Z,

y al tercero que controle X y Z,

y hace que jueguen el juego juntos,

mover el brazo en 3D hacia el objetivo

para obtener el famoso
jugo de naranja brasileño.

Y lo logran.

El punto negro es la media
de toda la actividad cerebral

en paralelo, en tiempo real.

Esa es la definición
de computadora biológica

interactuando vía actividad cerebral
y logrando un objetivo motriz.

¿Cómo sigue esto?

No tenemos ni idea.

Solo somos científicos.

(Risas)

Nos pagan para ser niños,

para, básicamente, ir a la frontera
y descubrir qué hay ahí fuera.

Pero sé una cosa:

un día, en unas pocas décadas,

cuando nuestros nietos naveguen
la red con el pensamiento,

o una madre done su vista
a un niño autista que no puede ver,

o alguien hable gracias
a un bypass cerebro a cerebro,

alguno de Uds. recordarán que todo
empezó una tarde de invierno

en un campo de fútbol brasileño
con una patada imposible.

Gracias.

(Aplausos)

Gracias.

Bruno Giussani: Miguel,
gracias por apegarte a tu tiempo.

De hecho, te daría un par de minutos más,

para desarrollar un par de ideas
y, por supuesto,

claramente parece que necesitamos

cerebros conectados
para saber cómo sigue esto.

Conectemos todo esto.

Si entiendo bien,

uno de los monos recibe una señal

y el otro mono reacciona a esa señal

solo porque el primero la recibe
y le transmite el impulso neurológico.

Miguel Nicolelis:
No, es un poco diferente.

Ningún mono sabe de
la existencia de los otros dos.

Reciben una respuesta visual en 2D,

pero la tarea que tienen
que resolver es en 3D.

Tienen que mover un brazo en 3D.

Pero cada mono solo recibe
2 dimensiones en la pantalla

que el mono controla.

Y para lograr el objetivo,

hace falta que al menos 2 monos
sincronicen sus cerebros,

pero lo ideal es que lo hagan los 3.

Descubrimos que cuando un mono
empieza a poner menos empeño,

los otros dos monos
mejoran su desempeño

para hacer que el tipo vuelva,

eso se ajusta dinámicamente,

pero la sincronía global permanece igual.

Ahora, si cambiamos sin decirle al mono

las dimensiones que cada cerebro
tiene que controlar...

si este mono controla X e Y,

pero debería controlar ahora Y y Z,

instantáneamente, el cerebro de
ese animal olvida las antiguas dimensiones

y empieza a concentrarse
en las nuevas dimensiones.

Lo que tengo para decir es
que ninguna Máquina de Turing,

ninguna computadora puede predecir
lo que hará la red cerebral.

Por eso absorberemos la tecnología
como parte de nosotros.

La tecnología nunca nos absorberá.

Simplemente es imposible.

BG: ¿Cuántas veces has probado esto?

Y ¿Cuántas veces tuviste éxito
versus los fracasos?

MN: Decenas de veces.

¿Con los 3 monos? Varias veces.

No podría hablar de esto aquí de
no haberlo hecho un par de veces.

Olvidé de mencionar,
por falta de tiempo,

que hace apenas 3 semanas,
un grupo europeo

demostró la primera conexión
hombre a hombre, cerebro a cerebro.

BG: ¿Y cómo funcionó eso?

MN: Fue poca información, las grandes
ideas empiezan de forma humilde,

pero en breve, la actividad
cerebral de un sujeto

fue transmitida a un segundo objeto,
con tecnología no invasiva.

El primer sujeto recibió un mensaje,
como nuestras ratas, un mensaje visual,

y lo transmitió al segundo sujeto.

El segundo sujeto recibió un pulso
magnético en la corteza visual,

o un pulso diferente,
dos pulsos diferentes.

En un impulso, el sujeto vio algo.

En el otro pulso, vio algo diferente.

Y pudo indicar verbalmente

cuál era el mensaje
que envió el primer sujeto

por Internet atravesando continentes.

BG: Guau.
Bueno, hacia allí vamos.

Esa es la charla TED
para la próxima conferencia.

Miguel Nicolelis, gracias.
MN: Gracias, Bruno. Gracias.