¿Qué es una Brain-Computer Interface (BCI) o interfaz cerebro-ordenador?

La tecnología de las Brain-Computer Interfaces o interfaces cerebro-ordenador permite una comunicación directa entre el cerebro y el ordenador. Esta conexión se consigue al captar, interpretar y transformar las señales neuronales en comandos comprensibles para ordenadores o máquinas. Estas interfaces están revolucionando la forma en que las personas interactúan con las máquinas, permitiendo nuevos métodos de control y asistencia.

¿Qué se entiende por Brain-Computer Interfaces?

Una interfaz cerebro-ordenador, como su nombre indica, es una interfaz entre el cerebro humano y un ordenador, que permite una transferencia directa de información entre humanos y máquinas. Estas interfaces también se conocen por su nombre en inglés: Brain-Computer Interfaces (BCI). Esta neurotecnología hace posible establecer dicha conexión sin necesidad de activar el sistema nervioso periférico, ni tampoco el muscular, es decir, sin depender de la palabra o el movimiento.

Las interfaces cerebro-ordenador se basan en la idea de que simplemente imaginar una acción es suficiente para provocar un cambio medible en la actividad eléctrica del cerebro. Por ejemplo, imaginar que mueves un dedo genera una respuesta en la corteza motora, la parte del cerebro que planifica y ejecuta movimientos voluntarios. A lo largo de un proceso de entrenamiento, la Brain-Computer Interface aprende qué actividades cerebrales están relacionadas con determinados pensamientos o comandos mentales. Esta tecnología hace posible usar las señales cerebrales captadas como sistemas de entrada neurotecnológicos. Sin embargo, debido a numerosos desafíos tecnológicos, el desarrollo de las interfaces cerebro-ordenador conlleva un alto coste de tiempo y recursos.

¿Cómo funciona una Brain-Computer-Interface?

Las Brain-Computer Interfaces sirven para captar y analizar la actividad cerebral para así poder convertirla en comandos de control para ordenadores. La medición de la actividad eléctrica del cerebro se realiza mediante el uso de electrodos. A continuación, unos algoritmos especiales procesan las señales capturadas por los electrodos para reconocer patrones que correlacionen con ideas y pensamientos específicos. Por último, la Brain-Computer Interface o interfaz cerebro-ordenador traduce esos patrones en comandos comprensibles para las máquinas u ordenadores. Para el reconocimiento y análisis de las señales neuronales, los investigadores utilizan el aprendizaje automático y la inteligencia artificial debido a la gran cantidad de datos implicados en estos procesos.

Interfaces cerebro-ordenador invasivas y no invasivas

Existen dos tipos de Brain-Computer Interfaces o interfaces cerebro-ordenador, dependiendo de cómo se apliquen al paciente o sujeto. Es posible registrar la actividad cerebral mediante interfaces cerebro-ordenador que se aplican manualmente (no invasivas) o a través de otras que se implantan mediante cirugía (invasivas):

• Las interfaces cerebro-ordenador no invasivas miden la actividad eléctrica del cerebro mediante electroencefalogramas (EEG). En este procedimiento, se colocan unos electrodos sobre el cuero cabelludo para medir las fluctuaciones de voltaje en la superficie de la cabeza del sujeto. Normalmente, estos sistemas consisten en un casco equipado con sensores. También es posible registrar la actividad magnética del cerebro usando la magnetoencefalografía (MEG), que ofrece una imagen tridimensional de las diferentes áreas cerebrales.
• Las interfaces cerebro-ordenador invasivas emplean electrodos implantados directamente en el cerebro del sujeto para medir los impulsos eléctricos mediante electroencefalogramas (EEG). Este método proporciona una resolución de señal mucho mayor que la de las interfaces cerebro-ordenador no invasivas, pero conlleva el riesgo de que surjan complicaciones médicas, que pueden provocar incluso daños neuronales. También existen métodos menos invasivos, donde los electrodos se colocan en la corteza cerebral, lo cual es menos arriesgado.

¿Cuál es el estado actual de desarrollo de las Brain-Computer-Interfaces?

La calidad de las señales cerebrales capturadas mejora continuamente debido a las numerosas investigaciones que se realizan en este campo. Sobre todo, en el caso de los sistemas de interfaces cerebro-ordenador implantadas, que ofrecen una alta tasa de transmisión y son objeto de estudios científicos y trabajos experimentales. Por otro lado, las interfaces cerebro-ordenador no invasivas proporcionan una precisión limitada, ya que el cráneo filtra las señales. A pesar de que el primer sistema de interfaz cerebro-ordenador invasiva se implantó en un ser humano en el año 1998, más de 25 años después, solo unas 50 personas en todo el mundo cuentan con un implante de Brain-Computer Interface, debido a la alta complejidad del procedimiento.

Gracias a las iniciativas de investigación neurológica como la BRAIN Initiative en Estados Unidos y el Human Brain Project a nivel europeo, los científicos esperan varios avances significativos en los próximos años en cuanto a tecnologías de Brain-Computer Interfaces se refiere. Por ejemplo, estos equipos de investigación están trabajando en interfaces bidireccionales que podrían transmitir señales externas al cerebro. Además, se siguen logrando progresos en la interpretación de la actividad cerebral, en parte gracias a técnicas modernas como las redes neuronales, los datos masivos y el aprendizaje profundo, que permiten el procesamiento eficiente de grandes volúmenes de datos.

¿Quién trabaja en tecnologías BCI en la actualidad?

En el año 2024, tanto instituciones públicas como universidades y empresas privadas investigan y desarrollan tecnologías de interfaces cerebro-ordenador. En 2020, unos investigadores de la Universidad de Zhejiang en China le implantaron una Brain-Computer Interface a un paciente tetrapléjico, que, gracias a ello, puede ahora controlar unos brazos robóticos y otros dispositivos con su mente. En enero de 2024, un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) presentó una interfaz cerebro-ordenador no invasiva capaz de controlar el famoso perro robot de Boston Dynamics.

Actualmente, Estados Unidos y China lideran la implantación de Brain-Computer Interfaces. En Europa en general y en España en particular, la investigación se centra principalmente en interfaces cerebro-ordenador no invasivas, ya que conllevan menos riesgos. Entre las empresas más reconocidas en el campo de las Brain-Computer Interfaces a nivel global se encuentran:

• Neuralink desarrolla interfaces cerebro-ordenador invasivas. El implante de esta empresa estadounidense cuenta con más de 1000 electrodos conectados a cables muy finos. Además de mejorar el tratamiento de enfermedades cerebrales graves, Neuralink tiene como objetivo ampliar las capacidades mentales en el futuro.
• Blackrock Neurotech es una empresa con sede en Utah que ha estado activa en el sector de las interfaces cerebro-ordenador desde 2008. Los dispositivos de Blackrock son de los más usados en personas con parálisis severa para mejorar su independencia.
• BrainGate fue la primera empresa en presentar un chip de interfaz cerebro-ordenador implantable en humanos en 2004, siendo pionera en el campo. Los últimos implantes constan de dos o más unidades con hasta cien electrodos cada una, que se colocan sobre la corteza cerebral.
• Synchron ha desarrollado una interfaz cerebro-ordenador mínimamente invasiva, que se implanta en los vasos sanguíneos del cerebro y no en el cerebro directamente. La implantación se realiza mediante un pequeño stent de metal.

Aplicaciones actuales y futuras de las tecnologías BCI

Hasta ahora, la principal aplicación de las Brain-Computer Interfaces ha sido asistir a personas con discapacidades físicas severas. Ya se utilizan interfaces cerebro-ordenador para ayudar a personas con discapacidades o enfermedades como el síndrome de enclaustramiento. Esta tecnología mejora su movilidad, comunicación y autonomía. En el ámbito de la medicina, las interfaces cerebro-ordenador permiten mover un brazo robótico, comunicarse mediante una máquina de deletreo o controlar dispositivos con la mente. Sin embargo, los procedimientos médicos basados en interfaces cerebro-ordenador todavía se encuentran en fase de prototipo. En el sector del entretenimiento y bienestar, ya existen productos en el mercado, como auriculares BCI no invasivos que utilizan sistemas de retroalimentación biológica para reducir el estrés.

En el futuro, es posible que surjan otros escenarios de aplicación. Las Brain-Computer Interfaces podrían acelerar el desarrollo de neuroprótesis que permitan sentir o conectarse con robots para realizar tareas más complejas. Las interfaces cerebro-ordenador bidireccionales permitirían la comunicación de cerebro a cerebro, subir pensamientos a la nube y conectarse a Internet. No obstante, la viabilidad de estas tecnologías dependerá no solo de los avances tecnológicos, sino también de la aceptación social que reciban.

Oportunidades y riesgos de las Brain-Computer-Interfaces

Las Brain-Computer Interfaces tienen el potencial de generar desarrollos disruptivos en diferentes ámbitos de la sociedad. Esto no solo se aplica al ámbito de la medicina, sino también a mejoras en el trabajo, el ámbito educativo o la vida cotidiana, así como en otras áreas tecnológicas, como la realidad virtual. En teoría, las interfaces cerebro-ordenador podrían activar habilidades aún no aprendidas y capacidades nunca vistas, como aprender un idioma mediante la descarga directa en el cerebro. No obstante, aún quedan muchos desafíos tecnológicos que superar.

A pesar de todas las ventajas ya descritas, las interfaces cerebro-ordenador también conllevan riesgos considerables. La medición de la actividad cerebral permite analizar datos privados altamente sensibles, lo que ha suscitado muchas críticas sobre el posible uso indebido de las Brain-Computer Interfaces para influir en los pensamientos y comportamientos de las personas. Además, las interfaces cerebro-ordenador aún no están completamente desarrolladas y pueden presentar fallos técnicos, lo que podría derivar en consecuencias no deseadas. Para garantizar la seguridad de los usuarios, es crucial considerar cuidadosamente todas las implicaciones éticas, legales y sociales.