Practical applications

Frank W. Ohl y Henning Scheich

1.

UN CHIP EN LA CABEZA.

¿Cambiaría la personalidad de un ser humano después de implantarle una prótesis en el cerebro?

C

uerpo y espíritu han sido considerados tradicional- mente las dos caras de una misma moneda. Sin embar- go, por diferentes que nos puedan pa- recer las dos características de nuestro Yo, nos debemos plantear si son tan claramente separables. ¿Son cuerpo y alma dos conceptos inextricablemente unidos como las moléculas fundidas de una moneda o son como su cara y su cruz? El estado actual de desarrollo de las novedosas prótesis neuronales y de la investigación básica asociada a ellas nos muestra cuán discutible resulta la separación radical entre lo material y lo espiritual. Comencemos por el aspecto corporal.

Quien pierde un dedo, una mano o hasta un brazo entero por causa de una enfermedad o de un accidente refl exionará sobre la conveniencia de la utilización de miembros artifi ciales. Para tomar una decisión, sopesará has- ta qué punto le limita en su actividad cotidiana la pérdida en cuestión y en qué medida puede la prótesis subsanar la discapacidad. Debería considerar en ese proceso que una prótesis es un elemento de repuesto sin más, cons- truido a imitación del original, que cumplirá ciertas funciones importan- tes, pero que no le convertirá en una persona diferente. El Yo permanecerá inalterado.

Esta invariabilidad continúa sien- do comúnmente aceptada si aplica- mos la misma disquisición a otros órganos: ojos, oídos, hígado, corazón o riñones. Sólo en el caso de que el órgano afectado fuera el cerebro —o sea, la “base material” de nues- tra “mente”— experimentaríamos la sensación de que las consecuencias podrían ser diferentes.

¿Cuál es, sin embargo, la principal diferencia entre las prótesis neurona- les y otros “miembros de repuesto”? En principio, las prótesis aludidas no son más que artilugios técnicos que deben restablecer funciones perdidas o dañadas, en su caso del sistema nervioso. Debe prestarse en nuestra argumentación singular atención a la palabra restablecer: en el pasado se lograba sólo compensar la pérdida de ciertas capacidades con el empleo de otras, lo que se sigue haciendo hoy en día, por ejemplo, cuando las

personas con defi ciencias visuales aprenden a leer la escritura Braille, o cuando los sordos se comunican mediante el lenguaje de los signos o captan información a través de la lectura de labios.

Conexiones nerviosas

Las neuroprótesis aspiran, en cambio, a una verdadera reconstrucción de la función, en interacción directa con áreas del sistema nervioso a través de un punto de conexión adecuado o interfaz neuronal. La conexión pue- de hallarse en la periferia del sis- tema nervioso, por ejemplo en los nervios sensoriales que transmiten el estímulo neuronal desde el ojo o el oído hasta el cerebro, o en áreas centrales del sistema nervioso, como el propio cerebro. La aplicación se tornará más compleja a medida que vayamos profundizando en el refugio neuronal de la conciencia. ¿En qué momento se cruza el umbral más allá del cual, un recambio artifi cial de mi “hardware” biológico cambiará mi Yo? Es precisamente esa distin- ción entre periferia y centro lo que caracteriza la actual evolución de las prótesis neuronales.

Aparte del lugar de aplicación de las prótesis, periférico o central, im- porta la dirección en la que fl uye la información: un implante neuronal “lector” registra la actividad moto- ra del sistema nervioso para mover un brazo paralizado. Otros implan- tes pueden, en cambio, actuar como “informadores”, enviando al cerebro las señales captadas del exterior para generar una sensación.

Las prótesis neuronales lectoras se emplean desde hace tiempo. Dis- ponemos de sistemas que miden la actividad de los nervios que inervan los músculos, para así dirigir artifi - cialmente movimientos de manos, bra- zos o piernas. Se ha demostrado que cabe un control semejante mediante la medición de la actividad neuronal en áreas centrales del cerebro.

Un inquietante experimento fue llevado a cabo en el año 2000 por el equipo de Miguel Nicolelis, de la Universidad de Duke en Dur- ham. Los neurobiólogos implantaron electrodos en la corteza cerebral de Belle, una hembra de mono rhesus.

Midieron con ellos la actividad ce- rebral del animal en el momento en que accionaba una palanca. Las señales captadas fueron convertidas, mediante un software desarrollado a tal efecto por los investigadores, en comandos informáticos, que transmi- tieron vía Internet a un laboratorio situado a mil kilómetros de distancia. Un segundo ordenador procesaba allí los pensamientos de Belle y movía, como por arte de magia, un brazo robótico.

Se ha logrado una transmisión de pensamiento similar en seres huma- nos. Niels Bierbaumer, de la Univer- sidad de Tübingen, desarrolló en 1999 un “aparato traductor de pensamien- tos”. Este aparato mide, mediante electroencefalografía, las corrientes cerebrales de una persona sometida al experimento mientras ésta se imagina el movimiento de un cursor en una pantalla de ordenador. Tras prolon- gados ensayos, pueden transformarse las señales captadas en acciones con- trolables, una esperanza para pacien- tes parapléjicos [véase “Lectura del pensamiento”, por Nicola Neumann y Niels Birbaumer; MENTE Y CERE-

BRO, n.o _10].

John Donoghue y su grupo, de la Universidad Brown en Providence, se propusieron una intervención más aventurada en seres humanos: en verano del año 2004 implantaron a Matthew Nagle, paralítico de cuello para abajo debido a un ataque con arma blanca, un chip “BrainGate”. Esta “puerta del cerebro” registraba las señales cerebrales de Nagle, hasta lograr que el paciente moviera, gracias a su “fuerza mental”, una prótesis de mano. Posteriormente, el sujeto ha logrado dibujar incluso una fi gura geométrica con bastante aproxima- ción.

La utilización de prótesis neurona- les informadoras, por el contrario, se limita de momento al sector periféri- co del sistema nervioso. Sin embargo, ha encontrado ya aplicación clínica; así, en la regulación, por un estimu- lador vesicular, de la función propia de la vejiga en pacientes parapléjicos o en los implantes cocleares, con los que personas sordas pueden llegar a percibir acústicamente el lenguaje. Un chip informático convierte los

sonidos grabados por un micrófono en señales eléctricas y estimula el nervio auditivo mediante un sistema de electrodos implantado en la cóclea. Y se está sometiendo a ensayo implantes de retina para personas ciegas; constan de un sistema con cámara, microchip y electrodos im- plantados en el ojo.

Avance hacia el centro

Los implantes cocleares y de retina no funcionan si las regiones cerebrales responsables de esas percepciones sen- soriales están dañadas. Por eso, desde los años sesenta se viene intentando provocar ciertas sensaciones en áreas centrales del sistema nervioso —como la corteza auditiva— mediante esti- mulación eléctrica con la ayuda de

prótesis informadoras. Proyectos de investigación similares tienen como objetivo la estimulación eléctrica de la corteza visual para generar percep- ciones visuales.

Hasta el momento, los experimen- tos han fracasado. Los pacientes cuya corteza visual fue sometida a esti- mulación eléctrica, apenas llegaron a percibir puntos de luz cromáticos, fosfenos. Permanecían ocultas a su percepción fi guras más complejas, con bordes y contornos. La estimulación eléctrica de la corteza auditiva per- mitía a los pacientes oír, en el mejor de los casos, una suerte de murmullo o crujido.

La causa de estos fracasos ha de buscarse más allá del desarrollo in- sufi ciente de técnica de los elementos

de conexión. Se trata de un proble- ma de otra índole: a diferencia de un nervio periférico, la corteza sensorial no trabaja como receptor pasivo, que se limite a refl ejar el entorno.

El procesamiento sensorial en el cerebro responde a un sistema al- tamente flexible y activo, que rein- terpreta sin cesar las informaciones aferentes, de acuerdo con el estado neuronal de otras áreas cerebrales. Unos estímulos eléctricos simples, como los empleados con éxito en los nervios óptico y auditivo, no pue- den alcanzar idéntico rendimiento en la corteza cerebral. Una prótesis sensorial implantada en ella debe- ría funcionar de forma autónoma y flexible, midiendo e interpretando simultáneamente la actividad proce-

En el sistema nervioso central: BrainGate — Chip de silicio

Implante coclear En el sistema nervioso periférico:

prótesis de mano

CUATRO TIPOS DE NEUROPROTESIS

En el dominio de los futuribles: prótesis cortical Interno Externo Lectur a de inf or mación Suministro de inf or mación

2.

REPUESTOS PARA TODOS LOS CASOS. Las neuroprótesis se pueden

colocar en el sistema nervioso periférico (izquierda) o en el central (derecha). Los implantes lectores (fi la superior) dirigen la actividad muscular, mientras que los informadores (abajo) generan percepciones sensoriales.

dente de zonas cerebrales muy di- versas. Tal neuroprótesis debería ser capaz, por consiguiente, de mantener un fructífero diálogo con el sistema nervioso

Escuchar el silencio

En colaboración con un equipo de fisiólogos, médicos y técnicos es- tamos investigando actualmente los principios básicos de dicho diálogo. Nos servimos para ello de ratones del desierto mongoles (Meriones un- guiculatus) que perciben el sonido en el espectro acústico de baja fre- cuencia, de una forma muy similar al ser humano; poseen, además, una elevada capacidad de aprendizaje. La aplican, por ejemplo, para saltar por encima de una valla en cuanto oyen dos tonos en escala ascendente. En caso de percibir tonos descen- dentes, se mantienen quietos. Se les puede enseñar a saltar únicamente cuando escuchan una serie de tonos iguales en intervalos temporales de- crecientes.

Procedimos a implantar prototipos de una neuroprótesis de dos canales en la corteza auditiva de nuestros ratones del desierto, lo que nos habría de permitir estimular artifi- cialmente de forma simultánea dos puntos de esa área del cerebro: la zona donde se procesan los tonos de alta frecuencia y la zona de la baja frecuencia.

Nuestra prótesis funcionó. Los ra- tones pasaron el ensayo con nota sin escuchar un simple sonido. No sólo distinguían entre tonos de alta frecuen- cia y tonos de baja frecuencia, sino que percibían además las variacio- nes de los intervalos temporales entre estímulos. Los animales implantados no eran superados ni siquiera por es- tímulos más complejos, en los que combinábamos diferentes patrones de excitación espaciales y temporales. En defi nitiva, aprendieron al mismo ritmo que sus congéneres no operados, que escuchaban los tonos a través del sistema auricular.

Una prótesis en la corteza auditiva permite, pues, generar percepciones similares a las naturales. Sin em- bargo, nuestros experimentos demos- traron que la estimulación eléctrica debía provocarse en el cerebro en

momentos muy precisos, ya que la capacidad de aprendizaje de los rato- nes aumentaba drásticamente cuando producíamos los impulsos en la cor- teza auditiva en determinadas fases de la actividad cerebral. Por consi- guiente, la prótesis se verá abocada a intercambiar información con las áreas cerebrales estimulables. En la práctica, eso significa que las pró- tesis corticales informadoras deben aprender en primer lugar a adaptarse a su interlocutor, por ejemplo, a la corteza auditiva.

Los primeros y prometedores resultados nos remiten a la cues- tión formulada al principio del artículo: ¿se transforma, con una prótesis cerebral, una persona en otra diferente? En principio, sí. Al fin y al cabo, puede cambiar pro- fundamente su percepción. Cierto es que pueden esgrimirse idénticos argumentos para muchos procesos cotidianos: constantemente vivimos nuevas experiencias y aprendemos de ellas, con lo que transformamos nuestro Yo.

El desarrollo de neuroprótesis inte- ractivas se halla en fase embrionaria. Pero podemos ya afi rmar que la inves- tigación básica, la aplicación clínica y el cuestionamiento ético y social deben avanzar en paralelo. Sólo así se desvanecerá en parte el miedo que supuestamente nos inspira pensar en una prótesis en el cerebro.

FRANK W. OHL es profesor de neuro- biología en la Universidad de Magdebur- go y dirige un grupo de trabajo para el desarrollo de neuroprótesis interactivas en el Instituto Leibniz de Neurobiología, cuyo director es HENNING SCHEICH.

AN ANIMAL MODELOF AUDITORY COR-

TEX PROSTHESES. H. Scheich y A. Breindl en Audiology & Neurotologie, vol. 7, n.o _3,

págs. 191–194; 2002.

LEARNING-INDUCED PLASTICITY IN THE

AUDITORY CORTEX. F. W. Ohl y H. Scheich en Current Opinion in Neurobiology, vol. 15, n.o _{4, págs. 470–477; 2005.}

NEUROPROSTHETICS: IN SEARCH OF THE SIXTH SENSE. A. Abbott en Nature, vol. 442, n.o _{7099, págs. 125–127; 2006.}

Peter Brugger

E

l procedimiento seguido en el ensayo es sencillo. A lo largo de un corredor de dos metros de ancho, se traza una raya negra recta, equidis- tante de ambos fl ancos. La directora del experimento conduce a una joven a uno de los extremos del pasillo y le venda los ojos. Colocando cuida- dosamente un pie delante del otro, la voluntaria debe seguir la línea del suelo con la máxima fi delidad que le sea posible. Todo desvío hacia la izquierda o hacia la derecha se pro- tocoliza meticulosamente. Antes de que la persona vendada choque con una u otra pared, se la vuelve a co- locar sobre la línea central y desde allí retoma su camino.

Christine Mohr, ahora docente en psicología experimental y neuropsi- quiatría en la Universidad de Bris- tol, diseñó ese experimento hace unos años para su tesis doctoral en la Uni- versidad de Zúrich. En el tema de grado abordaba las bases neurofi sioló- gicas de la creencia en los fenómenos paranormales.

¿Y qué tiene todo esto de paranor- mal? A primera vista parece difícil establecer una relación entre ambas cuestiones. Para descubrirla, hemos de saber que el experimento de recorrer los veinte metros de pasillo con los ojos vendados consta de una segunda parte. En ella, el voluntario aporta información sobre sus opiniones en

torno a la pregunta clave: ¿Qué opi- nión le merece a usted la parapsico- logía? En ese punto, las experiencias con los fenómenos “psi” (abreviación de psíquicos o suprasensoriales), como la telepatía y la clarividencia (conocimiento presente de objetos o acontecimientos ocultos y previsión de sucesos futuros), se encuentran en el punto central, así como la fe en la psicoquinesis: la supuesta facultad de mover objetos con la única fuerza de la imaginación.

Los esotéricos se desvían

Christine Mohr hizo que tres docenas de voluntarios realizaran su ensayo de la raya en el ático de la Clínica Uni- versitaria de Zúrich y le confesaran, además, su “profesión de fe paranor- mal”. Tras las pruebas, el resultado fue claro: cuanto más convencido es- taba alguien de la existencia de los fenómenos supranormales, tanto más tendía a irse hacia la izquierda en su recorrido. El “izquierdismo” era a veces tan leve, que los voluntarios ni siquiera se percataban de ese des- lizamiento. Pero, considerándolo arit- méticamente, no había lugar a dudas: lo mismo en las primeras desviacio- nes de la línea que en la media del conjunto de ellas, las personas que creían en lo paranormal se desviaban en su recorrido por la cinta de veinte metros.

¿Qué lección extraer? Los parti- darios convencidos de los fenóme- nos esotéricos nos dejan perplejos

una y otra vez en los experimentos que llevamos a cabo en la Universi- dad de Zúrich. Así, en los tests de asociación de palabras se muestran a menudo más rápidos y establecen más relaciones que los escépticos re- conocidos. Y se les ocurren también más ideas sobre lo que se puede ver en una imagen imprecisa. Reconocen antes patrones en modelos aleatorios generados por ordenador. Da la im- presión, cuando se trabaja con ellos, de que basta cualquier pretexto para que distingan algún sentido profundo. La investigación de la creencia en lo suprasensorial, amén de posibilitarnos obtener importantes conocimientos so- bre las fuentes neuronales de la crea- tividad, nos permite reproducir en el terreno neuropsicológico esa frontera tan difusa entre la creación genial y la locura.

¿De dónde surge esa extraña ten- dencia hacia la izquierda de los volun- tarios? Antes de responder, conviene recordar ciertas nociones básicas. De la misma manera que cada una de las dos mitades cerebrales gobierna de manera casi exclusiva los movi- mientos de la mitad corporal contraria,

Pensamiento

mágico

Las personas con inclinación por lo extrasensorial producen frecuente desconcierto

In document Physiological and Performance Adaptations to Altitude and Hypoxic Training (Page 106-113)