Un brazo robótico que «hace sentir» al paciente

Fascinado por Mazinger Z desde su infancia, José Carmena (Valencia, 1972) ha aunado sus grandes pasiones: robótica, electrónica, inteligencia artificial y neurociencia.

Fascinado por Mazinger Z desde su infancia, José Carmena (Valencia, 1972) ha aunado sus grandes pasiones: robótica, electrónica, inteligencia artificial y neurociencia. Su objetivo es que el cerebro controle de forma natural dispositivos robóticos en pacientes con discapacidades motoras. Desde su laboratorio de la Universidad de California en Berkeley (EE UU), ha descubierto que se puede 'forzar' al cerebro a aprender, tal y como recogió la revista Natureel año pasado.

La filosofía de su investigación se basa en transformar pensamiento en acción. ¿De qué forma?

En mi laboratorio ayudamos a gente con discapacidades motoras, lesiones en la médula, brazos amputados o parálisis después de un ictus, para convertir su pensamiento "quiero moverme"en una acción real gracias a un dispositivo robótico.

¿Cómo se consigue?

Con un implante que registra la actividad neuronal en áreas del cerebro, y con modelos matemáticos que traducen esta actividad en una acción motora. Queremos que el control de la prótesis sea natural, igual que cuando muevo los brazos o hablo mientras conduzco no pienso que estoy cambiando de marchas.

¿Cómo son esos implantes?

El implante neuronal es un chip de 3 milímetros de lado. Para colocarlo, se hace una ventanita en el cráneo, se separan las meninges y se introduce a 2,5 mm de la corteza, en una zona con muchas neuronas motoras. Después se cierra y se queda crónico varios años. Aunque en Estados Unidos se han hecho estudios en humanos, nosotros nos centramos en macacos y ratas y, después de la investigación básica, con mis compañeros de ingeniería electrónica desarrollaremos el dispositivo final para humanos. El objetivo es que dure décadas y que sea pequeñísimo, como un marcapasos.

¿Dónde va la información que recoge el chip?

Todas las señales de las neuronas se dirigirían vía wireless a un pequeño ordenador que las traduce, y que se ubicaría en una mochila o incluso en una cavidad del hombro. Estas señales pueden servir para controlar un cursor en una pantalla, una silla de ruedas, un brazo robótico, una prótesis... Y, finalmente, se cierra el bucle, es decir, el cerebro aprende. Si yo quiero agarrar un objeto con la prótesis pero se me mueve, al intentarlo las neuronas se disparan de determinada forma para que el error sea mínimo y, al final, lo hacen bien.

Sobre el aprendizaje motor trataba el artículo que publicó en la revista Nature el año pasado. ¿Se puede obligar al cerebro a aprender?

Eso fue lo que descubrimos. Queríamos saber qué estructuras del cerebro están involucradas en el aprendizaje entre cerebro y dispositivo robótico y lo simulamos con ratas y ratones. Los ratones tenían que controlar un cursor con su mente. Si lo movían hacia arriba, sonaba un pitido agudo y recibían agua. Si lo movían hacia abajo, el pitido era más grave y recibían comida. Descubrimos que lo hacían de forma intencional: si les dabas mucha comida antes de la tarea, solo movían el curso hacia arriba para beber agua, y si les dabas mucha agua, solo lo movían hacia abajo. Lo hacían sin ningún movimiento del cuerpo, como pensando, aprendiendo. Ahora sabemos que con el brazo robótico y algoritmos de control, podemos forzar a que el cerebro aprenda a controlar el robot.

Otra parte de su investigación persigue conseguir sensaciones robóticas, percepciones.

Esa parte es importantísima. Queremos que el paciente llegue a sentir lo que el brazo robótico está tocando, que tenga información táctil de la mano del robot, de manera que, si hay oscuridad y no ve bien, pueda saber dónde está su prótesis.

¿Y qué ocurre con las personas sanas?

A la gente le gusta pensar que esto puede servir para aumentar capacidades motoras y cognitivas: tener más memoria, ver en infrarrojo y correr más rápido. Eso es ciencia ficción, aunque hay gente que está desarrollando métodos no invasivos. Por ejemplo, aplicaciones que, con sensores, ayudan a buscar más rápido en la agenda del teléfono. También en la industria de los videojuegos, para disparar con el cerebro. En asuntos más complejos nos adentramos en la neuroética.

¿Dónde están los límites?

Las posibilidades son infinitas. Hace 30 años, las aplicaciones clínicas de las que hablamos ahora parecían de ciencia ficción; a lo mejor dentro de otros 30, una intervención quirúrgica permitirá hacer superhumanos.

¿Los costes de esta tecnología son muy elevados?

Sí, el precio es alto, pero puede pasar como con el marcapasos, que se ha abaratado porque lo utiliza mucha gente. El ejemplo más exitoso de la neurotecnología es el implante coclear; hay más de 100.000 implantados en el mundo que oyen y pueden mantener una conversación. En el campo de las prótesis motoras, cuando empiecen a funcionar, cada vez se implantarán a más gente y los costes se abaratarán.

¿Se atreve a dar una fecha?

No, y soy muy cauto. Hay dos problemas fundamentales en los que estamos trabajando. Uno es que los electrodos del implante duran unos años y después las señales se degradan. Los científicos de materiales tienen que lograr entender qué ocurre cuando estos mecanismos están implantados durante largo tiempo en el cerebro.

¿Y el segundo problema?

Hay que pasar de demostraciones anecdóticas a tareas de la vida diaria. Agarrar una copa de vino y no destrozarla, por ejemplo. Tener un grado de control. Ya hay soluciones no invasivas que permiten controlar una silla de ruedas con el pensamiento.

¿Cómo surgió su vocación por la robótica?

Yo empecé con la robótica, que tiene mucho que ver con el cerebro, pero al final, en vez de estudiar inteligencia artificial, decidí hacerlo en el cerebro natural. Y este campo en el que estoy ahora es la combinación de todo: robótica, electrónica, inteligencia artificial y mucha neurociencia. Todo en uno. Pero si pienso de dónde vino lo de la robótica, de las series de la tele, la que de pequeño me volvía loco era Mazinger Z.

¿Y Blade Runner?

Sí, también, hay momentos en la historia del cine que se me quedaron grabados. Por ejemplo, en Terminator II. Yo estaba estudiando la carrera y el momento en que Skynetcobró conciencia de sí misma y dijo "aquí estoy y ahora voy a acabar con el mundo"me parecía lo máximo, el resto de la película me daba igual. Entonces decidí que eso es lo que quería estudiar, inspirado por las películas.

¿Cree que el cine despierta vocaciones?

Sí, yo de hecho empecé así, y luego, gracias revistas de divulgación científica. A principios de los 90 leí en un número de Muy Interesante artículos sobre robots insectos que estaban haciendo en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y me quedé fascinado. Aún no existía la web para saber más y mi ventana al mundo eran estas revistas. Que alguien me contara la ciencia en ese nivel de divulgación fue fundamental en esa edad a la que te preguntas qué vas a hacer con una carrera.