Lectura y reescritura del cerebro: ¿aparecerá la tecnología en 5 años?

Hay razones claras para el pronóstico optimista del profesor Tsuneo Nitta. En la primavera de 2017, su equipo mostró un sistema que lee la actividad eléctrica de las células cerebrales, adivinando una figura humana o una palabra monosilábica. Un año antes, sus colegas estadounidenses aprendieron a determinar el tipo de imagen que una persona está mirando, la imagen de una persona o de una casa, mediante excitantes neuronas en su corteza visual. Todo esto fue posible gracias a la mejora de los métodos antiguos para registrar la actividad de las células cerebrales y los nuevos enfoques para la interpretación de estos datos "ruidosos".

De hecho, nuestros pensamientos, recuerdos y sueños son intangibles, pero tienen un sustrato material. Los procesos que ocurren en el cerebro se basan en excitaciones coordinadas de patrones neurales, brotes de actividad en conjuntos de células. Al aprender y acumular experiencia, el cerebro reconstruye estos patrones, crea y fortalece algunas conexiones, debilita y elimina otras. Se pueden medir los saltos en su actividad eléctrica, y si encuentra patrones más o menos estables de células que "parpadean" juntas, puede reconocerlas. Sin embargo, nos esperan dificultades desde el primer paso ...

La máquina aprende a leer.Los desarrolladores enseñan inteligencia artificial para interpretar los datos de actividad de los patrones neuronales asociados con la percepción de las imágenes. Cuando se completa la capacitación, el sistema puede verificarse incluso en objetos desconocidos anteriormente.

Medida

La forma más precisa de conocer la actividad de las neuronas es llevarles electrodos delgados directamente. Así que los pioneros del estudio del cerebro actuaron, por lo que los científicos trabajan ahora, excepto que los sensores se han vuelto más pequeños y más sensibles, y lo más importante: hay más de ellos. Las matrices de decenas de miles de microelectrodos registran instantáneamente la excitación con una resolución de hasta células individuales. Fueron ellos quienes hicieron posible determinar si una persona ve una casa o una persona por la actividad de las neuronas en la corteza visual de su cerebro. Y Mikhail Lebedev y sus colegas del grupo del profesor Miguel Nikolesis implantaron los electrodos en la corteza motora del mono, descifraron sus comandos y lo transfirieron al brazo robótico, para que el animal aprendiera a agarrar un plátano con él. Genial, si no para uno pero.

Mikhail Lebedev experimentó con macacos; En experimentos con la corteza visual, se utilizaron pacientes con epilepsia sometidos a cirugía. Es poco probable que una persona en su sano juicio acepte una intervención tan peligrosa solo después de que alguien implante electrodos en su cerebro. Afortunadamente, existen enfoques no invasivos para medir la actividad de los patrones neurales. El más popular de ellos es la electroencefalografía (EEG), para la cual se aplican electrodos al cuero cabelludo. El resultado que dan no es tan preciso, pero no requieren manipulaciones riesgosas en el cerebro abierto.

Como reparar ligamentos rotos

Ambos métodos funcionan solo para procesos que ocurren poco profundos debajo de la superficie del cerebro. Puede verlo en su totalidad mediante tomografía, y los científicos lo utilizan con frecuencia. Pero para los "pensamientos de lectura" cotidianos, esta es una forma larga y engorrosa. Además, estamos interesados ​​en las capas superiores, donde se localizan las funciones superiores: todas las más curiosas se encuentran en la superficie accesible para EEG y electrodos. Estos datos permanecen ...

Para reconocer

Las características del EEG en las personas son únicas, como las huellas digitales: se pueden usar para identificar a una persona. Los patrones de actividad neuronal en diferentes personas son similares solo en general, y los detalles se agregan en el proceso de desarrollo cerebral y la acumulación de experiencia. Sin embargo, en los últimos años, la IA ha aprendido a encontrar patrones comunes en los patrones de actividad cerebral correspondientes a imágenes particulares.

Más recientemente, en el verano de 2017, la IA permitió a los científicos restaurar con bastante precisión los detalles del rostro humano, una fotografía de la cual fue presentada a un mono con microelectrodos implantados en las zonas visuales del cerebro. Solo es necesario entrenar la máquina en una selección suficientemente grande de datos de origen para que poco a poco la computadora comience a distinguirlos de manera independiente, mejor y mejor.

No existe una diferencia fundamental entre la organización de los patrones en la corteza motora o la corteza visual; solo cambian los detalles de la presentación de información por diferentes sistemas cerebrales. Las diferencias individuales son otra cuestión, por lo que el algoritmo debe ser entrenado preliminarmente en los datos de la misma persona cuyos pensamientos vamos a leer. Sin embargo, hay esperanza de que, gracias al rápido desarrollo de la inteligencia artificial, este problema se resuelva y la computadora pueda trabajar con el cerebro de un extraño, leer sus pensamientos e incluso ...

Reescribir

La actividad de los conjuntos neuronales no solo se puede registrar, sino que también se puede cambiar e incluso crear artificialmente. El profesor Brian Wiltgen, de la Universidad de California en Davis, trabajó en los recuerdos suprimiendo la excitación de ciertas células del hipocampo. Las experiencias desagradables estimuladas en ratones se debilitaron y luego desaparecieron por completo de la memoria. El problema inverso también tiene éxito: la excitación puntual de las neuronas hizo posible restaurar los recuerdos perdidos en animales con un análogo de la enfermedad de Alzheimer humana. Desafortunadamente, el enfoque utilizado en este caso, la optogenética, no será adecuado para las personas nuevamente: para excitar las neuronas, agregan genes de proteínas que son sensibles a la luz y luego irradian con un láser a través de una pequeña "ventana" en el cráneo.

Pero en este caso, además del método invasivo, existe una alternativa completamente segura. Estimulación magnética transcraneal (EMT): una técnica, en general, EEG inverso. Las excitaciones de las neuronas se logran estimulándolas con un campo magnético, creado por electrodos unidos al cráneo. Joel Wass de la Universidad Northwestern y sus colegas ya han demostrado que el efecto TMS en el hipocampo estimula la memoria y ayuda a los pacientes con Alzheimer. Solo queda esperar la mejora de este método: cuando le permite actuar deliberadamente sobre neuronas individuales, estará en el sombrero. O no? Después de todo, incluso teniendo en nuestras manos una herramienta para "reescribir el cerebro", tendremos que formular qué y cómo exactamente intentamos cambiarlo. Y para esto, el cerebro necesita ...

Entender

Basado en el conocimiento de algunos patrones neuronales, no podemos predecir cómo se verán otros. En palabras de Mikhail Lebedev, "leer pensamientos es posible solo si es un pensamiento sobre un tema predeterminado", ya sea una cara, una figura o una carta oculta del mazo. Pero digamos que en el futuro los algoritmos más avanzados también aprenderán esto. Imagine que el dispositivo que el profesor Nitt prometió en cinco años mostrará una serie de imágenes en la pantalla: aquí hay algo azul, aquí está la figura de un compañero de clase, el olor a lluvia ... ¿Qué nos dirá este set sobre los sentimientos y sentimientos de una persona? ¿Cómo agregar un pensamiento holístico de esto? Para hacer esto, tendrá que "leer" e interpretar toda la experiencia personal de una persona, y lo más importante, comprender qué es el pensamiento en sí y cómo se compone de un conjunto de patrones neuronales. Aparentemente, la tecnología de "leer y reescribir el cerebro" tendrá que esperar más de lo que esperan los científicos japoneses.


Mikhail Lebedev, investigador, Centro de Neuroingeniería, Universidad de Duke

El progreso en las interfaces cerebro-computadora es realmente impresionante. Estos son éxitos en los métodos para registrar la actividad cerebral, tanto invasiva como no invasiva, y la decodificación mejorada, y el efecto en el cerebro de la estimulación eléctrica, magnética y optogenética. Se acerca el día en que estas tecnologías se aplicarán en todas partes: por ejemplo, en lugar de tragarse una píldora para el dolor de cabeza, impondrá una red estimulante, y una red similar que usará en un concierto sinfónico para leer su percepción de la música y estimular las áreas emocionales del cerebro. Pero antes que nada, las interfaces neuronales encontrarán aplicación en clínicas, donde se utilizarán para tratar lesiones neurológicas y trastornos psiquiátricos.

El artículo "Leer y reescribir el cerebro" fue publicado en la revista Popular Mechanics (No. 9, septiembre de 2017). ¿Te gusta el artículo?

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