Investigadores de la Universidad de California en Davis han desarrollado una innovadora interfaz cerebro-ordenador (BCI) capaz de traducir en tiempo real las señales cerebrales de personas que han perdido el habla, como consecuencia de enfermedades neurodegenerativas.
El avance ha sido probado en un paciente con esclerosis lateral amiotrófica (ELA), permitiéndole no solo comunicarse verbalmente mediante una voz sintetizada, sino también modular la entonación e incluso cantar. Publicado en la revista Nature, este desarrollo pionero representa un hito en la neurotecnología al combinar implantes cerebrales y algoritmos de inteligencia artificial para restituir una forma de comunicación natural, rápida y humana.
Investigadores de la Universidad Davis han desarrollado un interfaz cerebro-ordenador (BCI) que permite que personas que han perdido el habla puedan comunicarse oralmente.
Los investigadores explican en el artículo que ha sido publicado en la revista Nature, que por primera vez han conseguido que un hombre enfermo de esclerosis lateral amiotrófica (ELA), que había perdido su capacidad de hablar, recupere la posibilidad de comunicarse oralmente.
Esto se ha conseguido mediante una neuro prótesis cerebro-voz que sintetiza instantáneamente la voz del hombre; además el BCI le permitió modular su voz sintetizada en tiempo real, cambiar la entonación y cantar melodías cortas.
Esta nueva interfaz es capaz de traducir y reproducir las señales cerebrales del paciente a través de un altavoz a una velocidad similar a la del habla humana.
Hasta ahora, lo que hacían los implantes cerebrales era transcribir en una pantalla lo que estaban intentando expresar los pacientes que habían perdido la capacidad de hablar. Este procedimiento implica un retraso entre el proceso de detección de la señal cerebral y su transcripción a la pantalla del ordenador, lo que dificulta la comunicación.
Dado que la novedosa interfaz cerebro ordenador permite traducir las señales neuronales del paciente participante en el estudio en una voz audible de forma rápida mediante un altavoz, los pacientes podrán integrarse en conversaciones con otras personas simulando el ritmo natural de la expresión oral.
Este BCI consta de cuatro microelectrodos implantados en el cerebro en la región temporal, responsable del habla. Tras registrar la actividad neuronal, se transfiere a una computadora que interpreta las señales, generando el lenguaje que será reproducido a través de altavoces, todo ello a gran velocidad.
Además, el paciente también fue capaz de modular la entonación para hacer preguntas o para dar énfasis a determinadas palabras en una frase e incluso cantó canciones cortas.
Gracias al BCI los oyentes pudieron entender casi un 60% de las palabras pronunciadas con la voz sintetizada, lo que supone un gran avance respecto a modelos anteriores de transcripción en los que este porcentaje se quedaba en el 4%.
Neurociencia e Inteligencia Artificial
Para conseguir traducir instantáneamente la actividad cerebral a voz sintetizada se utilizaron algoritmos avanzados de inteligencia artificial.
Se entrenó al algoritmo con datos recogidos mientras el participante intentaba decir frases escritas en una pantalla de ordenador, lo que proporcionó a los investigadores información sobre la actividad cerebral relacionada con el intento de expresión oral que se le facilitó.
Este perfil de actividad cerebral mostró los patrones de activación de cientos de neuronas, que los investigadores alinearon con los sonidos del habla que el participante estaba intentando producir. Esto ayudó a que el algoritmo aprendiera a reconstruir la voz del paciente de forma precisa a partir de sus señales neuronales.
Tal y como ya publicamos en el Observatorio de Bioética, en experiencias previas se ha logrado establecer patrones de comunicación entre la actividad cerebral y micro implantes que permitieran interpretarla y trasladarla a dispositivos externos. La interfaz que ahora se ha dado a conocer supone un avance sobre estos ensayos, porque aplicada en enfermos de ELA, les permitiría sobrellevar la dificultad creciente para comunicarse que se produce en el transcurso de la enfermedad, un factor que podría mejorar sensiblemente su calidad de vida.
Julio Tudela
Ester Bosch
Observatorio de Bioética
Instituto Ciencias de la Vida
Universidad Católica de Valencia