Según el último número de Nature Neuroscience, un nuevo estudio confirma que la tecnología de ultrasonido funcional (FUS) desarrollada por investigadores del Instituto de Tecnología de California puede convertirse en la base de una interfaz cerebro-computadora (IMC) "en línea" que puede leer la actividad cerebral y descifrar su significado a través de un decodificador programado con aprendizaje automático, controlando así una computadora con una latencia extremadamente corta y una predicción precisa del movimiento.
Plano de registro anatómico y tareas comportamentales. Fuente de la imagen: Red de organizaciones físicas
En 2021, los investigadores de Caltech desarrollaron una forma de leer la actividad cerebral mediante ultrasonido funcional, una técnica mucho menos invasiva.
Las imágenes por ultrasonido funcionan emitiendo pulsos de sonido de alta frecuencia y luego midiendo los ecos de estas vibraciones sonoras en materiales, como varios tejidos del cuerpo humano. Las ondas sonoras viajan a diferentes velocidades en estos tipos de tejidos y se reflejan en los límites entre ellos. Esta tecnología se usa comúnmente para tomar imágenes de un feto en el útero y para otros diagnósticos por imágenes.
Debido a que el cráneo es impermeable a las ondas sonoras, las imágenes cerebrales mediante ultrasonido requieren una "ventana" transparente en el cráneo. La tecnología de ultrasonido no requiere implantación en el cerebro mismo, lo que reduce en gran medida la posibilidad de infección y deja intactos el tejido cerebral y su duramadre protectora.
Los cambios en la actividad neuronal pueden provocar cambios en la utilización de recursos metabólicos como el oxígeno. Estos recursos se reponen a través de la sangre, lo cual es clave para la ecografía funcional. En este estudio, los investigadores utilizaron ultrasonido para medir los cambios en el flujo sanguíneo a regiones específicas del cerebro. Al igual que la sirena de una ambulancia cambia de tono con la distancia, los glóbulos rojos aumentan el tono de las ondas de ultrasonido reflejadas a medida que se acercan a la fuente del sonido y lo bajan a medida que se alejan de la fuente.
Al medir este efecto Doppler, los investigadores pueden registrar pequeños cambios en el flujo sanguíneo en el cerebro en una región espacial de sólo 100 micrones de ancho, aproximadamente el ancho de un cabello. Pudieron medir simultáneamente la actividad de pequeñas poblaciones de células nerviosas ampliamente distribuidas por todo el cerebro, algunas de tan solo 60 neuronas.
Los investigadores utilizaron ultrasonido funcional para medir la actividad cerebral en la corteza parietal posterior (PPC) de primates no humanos, un área responsable de planificar y ayudar a ejecutar movimientos. A los animales se les enseñaron dos tareas: mover las manos para guiar un cursor en la pantalla y mover los ojos para mirar partes específicas de la pantalla. Sólo tienen que pensar en realizar la tarea, en lugar de mover los ojos o las manos, porque el IMC puede leer su actividad cerebral.
Los datos ultrasónicos se envían al decodificador en tiempo real, que luego genera señales de control para mover el cursor donde se desee. BMI pudo hacer esto con éxito para 8 objetivos radiales con un pequeño error promedio.