Diseñan prótesis que interpreta señales del cerebro

Científicos del Cinvestav buscan identificar los recuerdos de movimiento de los amputados para traducirlos en comandos que controlen un brazo biónico.
Roberto Muñoz Guerrero, doctor en ciencias en ingeniería eléctrica, es el líder del proyecto.
Roberto Muñoz Guerrero, doctor en ciencias en ingeniería eléctrica, es el líder del proyecto. (Especial)

México

Científicos del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) del IPN diseñan una prótesis de brazo que sea capaz de identificar los patrones de movimiento a partir de las señales eléctricas del cerebro de una persona que ha perdido dicha extremidad.

“Queremos saber si existe este patrón de memoria que implica que la persona amputada recuerde cómo se movía (su brazo) y así traducirlo a una señal de comando de control para la prótesis”, explicó Roberto Muñoz Guerrero, doctor en ciencias en ingeniería eléctrica y líder de
este proyecto.

Aunque ya se han creado prótesis que se conectan a los nervios periféricos del muñón, en estos casos el paciente tiene que aprenderse las señales que envía el cerebro a dichos nervios e instruirse a controlarlas en una extensa terapia de rehabilitación.

La principal ventaja que puede tener el desarrollo del Cinvestav es que “en lugar de utilizar la señal eléctrica de los músculos remanentes, tratamos de identificar los patrones de movimiento a partir de la señal eléctrica del cerebro. Si esto resulta, el amputado ya no tendría que contraer sus músculos y será capaz de controlar la prótesis imaginando los movimientos”, detalló Muñoz Guerrero en un comunicado.

El especialista adscrito al Departamento de Ingeniería Eléctrica del Cinvestav explicó que en una amputación el paciente pierde vías de comunicación al sistema nervioso, por lo que desconoce el estado de su músculo y debe aprender a contraerlo a voluntad, lo cual no es fácil.

La prótesis estaría dirigida a personas que tuvieron su extremidad superior completa y que en algún momento les fue amputada por algún accidente o enfermedad, ya que en algún momento aprendieron a mover su extremidad de manera natural, y como todo aprendizaje, queda guardado en la memoria ubicada en el cerebro.

Extraer el patrón

El investigador reconoció que el diseño de este brazo biorrobótico no es una labor sencilla, pues el cerebro registra una gran cantidad de actividades que suceden en el cuerpo humano, de las cuales los científicos tratan de extraer específicamente el patrón de movimiento de la extremidad.

 “Lo primero es evocar los patrones en el encefalograma, demostrar que existe ese recuerdo y que se puede registrar eléctricamente; después, ver qué tan sensible es a otro tipo de perturbaciones externas (del sistema nervioso), por ejemplo la luz o cerrar los ojos”, expresó Muñoz Guerrero.

La prótesis del Cinvestav, detalló, está formada por un sistema mecánico —incluyendo los actuadores y la electrónica necesaria para su activación— junto con uno electrónico en el que está la parte inteligente y la sección que debe interpretar las señales del cerebro.

El especialista destacó que esta prótesis puede ser calificada de inteligente porque aprende a interpretar las señales del cerebro del paciente.

En cuanto al material con que se debe construir la extremidad, Muñoz Guerrero comentó que aún no se ha definido, pues el peso total de la prótesis debe ser de entre dos y tres kilos, para que sea aproximadamente el mismo peso que tenía la parte faltante.

Bioelectrónico en México

La novedosa prótesis se desarrolla dentro de un campo nuevo de la bioelectrónica denominado BCI, (Brain Computer Interface), que consiste en una vía de comunicación directa entre el cerebro y un dispositivo externo con el objetivo de ayudar o reparar funciones sensoriales y motoras.

“Es tarea de las técnicas de procesamiento y, generalmente, de la inteligencia artificial identificar en la señal eléctrica del cerebro los patrones de movimiento imaginado. Una ventaja adicional de la BCI, es la posibilidad de generar trayectorias de movimiento de la prótesis, lo cual no es posible con las prótesis comerciales”, señaló Muñoz Guerrero.

En las prótesis comerciales, la señal eléctrica producida durante contracciones de la musculatura remanente de la extremidad amputada es utilizada para su control. Por cada nivel de fuerza que el paciente genere, de manera voluntaria, se controla un movimiento de la prótesis (flexión, extensión, supinación del codo).

El proyecto de BCI que se realiza en convenio con el Hospital General, lleva cerca de año y medio de investigación y los científicos involucrados esperan obtener resultados positivos en aproximadamente tres años. 

Robots del IPN competirán en Viena

En representación del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y de México, alumnos de robótica de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (Esime), Unidad Zacatenco, asistirán a la competencia RobotChallenge que se celebrará 29 y 30 de marzo de 2014 en Viena, Austria.

El equipo integrado por los estudiantes Óscar Trejo, Adrián Sánchez, Édgar Arriola, Javier Huerta, Diego Navarro, Carlos Hernández y Sergio Guerrero ganó la acreditación y un lugar para competir en Europa luego de triunfar en el Robomatrix de Oaxaca y en el Proyecto Multimedia de Morelia, 18 y 25 de enero, respectivamente.

Trejo relató que para ganar un lugar en el RobotChallenge de Viena se enfrentaron a 10 equipos de diversas universidades, mientras que Sánchez aseguró que el Club de Robótica de la Esime se ha consolidado como el mejor  a escala nacional y, en su primera participación en RobotChallenge, se medirán contra equipos europeos, colombianos, ecuatorianos y brasileños.

El presidente de dicho club, Hanz Yair Martínez, dijo que este año también buscarán asistir a Infomatrix en Bucarest, Rumania, que será en la primera semana de mayo, así como a la justa de Robocore, en Sao Paulo, Brasil,  que se realizará del 17 al 24 de julio, sin descartar ir por segundo año consecutivo a Japón.