Unos años atrás, Casey Harrell recibió un diagnóstico devastador: esclerosis lateral amiotrófica (ELA), una enfermedad que lo dejó paralizado e incapaz de hablar. Sin embargo, el año pasado, un médico implantó pequeños electrodos en el centro del habla de su cerebro. Estos electrodos captan las ondas cerebrales que una computadora puede convertir en palabras. Hoy, este hombre de 46 años puede conversar de nuevo.
Usando grabaciones de su voz previas a la enfermedad, los científicos entrenaron un modelo de inteligencia artificial. Con su ayuda, Harrell ahora «habla» a través de un sintetizador de voz electrónico. Y gracias a la IA, su voz sintetizada se asemeja a la voz natural que alguna vez tuvo.
“Una de las cosas que sufren las personas con mi enfermedad es el aislamiento y la depresión”, dice Harrell, utilizando la nueva tecnología. Estas personas sienten que ya no importan, afirma. Pero gracias a esta tecnología, él y otros en su situación podrían participar activamente en la sociedad nuevamente.
Esta nueva tecnología ofrece «con creces la decodificación del habla más precisa jamás descrita», dice David Brandman, el neurocirujano de UC Davis Health que implantó los dispositivos en el cerebro de Harrell. Su equipo compartió los detalles de cómo funciona la tecnología en la revista New England Journal of Medicine.
Brandman enfatiza que esta tecnología no es un lector de mentes. No puede escuchar los pensamientos secretos de alguien. Solo funciona cuando el usuario lo desea, cuando está intentando hablar.
“Hay… miles de personas en los EE. UU. en este momento que quieren hablar, pero no pueden”, dice Brandman. “Están atrapados en sus propios cuerpos”. Algún día, esta tecnología podría ayudar a muchos de ellos a recuperar la voz.
La tecnología detrás de todo
Las señales eléctricas del cerebro viajan a lo largo de las neuronas para controlar cada movimiento del cuerpo. Diferentes partes del cerebro se activan cada vez que agitamos la mano, corremos o sonreímos. Esas señales eléctricas viajan por vías neuronales para activar los músculos que queremos usar.
Pero una lesión o enfermedad puede dañar partes de esas vías neuronales, impidiendo que las señales eléctricas lleguen a los músculos necesarios para moverse o hablar.
Sergey Stavisky es neurocientífico en UC Davis. Junto con Brandman, dirige un laboratorio de neuroprótesis para restaurar las habilidades que las personas han perdido debido a lesiones y enfermedades cerebrales. Desde 2021, su equipo ha estado trabajando para restaurar el habla a través de la tecnología conocida como interfaces cerebro-computadora (BCI).
Las BCI utilizan implantes para acceder a las señales cerebrales. Una computadora aprende a interpretar el significado de las señales cerebrales y luego las traduce en movimiento de la máquina. Así es como una persona puede controlar un brazo robótico con sus pensamientos.
Su trabajo forma parte de un estudio de larga duración conocido como BrainGate, que evalúa la seguridad de los implantes en personas paralizadas y busca mejorar estos dispositivos para que puedan ayudar a las personas a recuperar un mejor control de su entorno. Harrell decidió participar.
Traduciendo señales cerebrales en palabras
En julio de 2023, Brandman colocó quirúrgicamente cuatro pequeños dispositivos en la parte del cerebro de Harrell que controla el habla. Cada dispositivo tiene 64 puntas metálicas que ayudan a detectar las señales eléctricas transmitidas por las neuronas de su cerebro.
En papel, un registro de esas señales parece una serie de ondas. Después de que Harrell se recuperó de la cirugía, los investigadores lo visitaron en su casa. Conectaron un dispositivo de grabación a su cabeza y encendieron su BCI. El sistema tardó unos minutos en aprender a decodificar las señales cerebrales de Harrell mientras intentaba hablar. Luego, comenzó a convertir esas señales cerebrales en palabras.
Cuando hablamos, nuestro cerebro descompone cada palabra en pequeños fragmentos de sonido llamados fonemas. Por ejemplo, «moose» se compone de tres fonemas diferentes: «m», «oo» y «ss».
Cada fonema produce una señal eléctrica única en el cerebro, como una huella dactilar. Las matemáticas le dicen a la tecnología cómo convertir esas señales en las palabras reales que alguien estaba tratando de decir. Luego, las palabras aparecen como oraciones en la pantalla de una computadora y son «pronunciadas» en voz alta por el altavoz de una computadora.
En el segundo día de uso del sistema, Harrell pudo hablar con su hija pequeña por primera vez desde que ella tenía memoria.
Hasta que usó el nuevo sistema, Harrell necesitaba la ayuda de un intérprete capacitado para comunicar lo que quería decir. Pero eso era difícil. Solo podía transmitir alrededor de seis palabras por minuto correctamente, dice Brandman. En contexto, una persona promedio habla entre 120 y 150 palabras por minuto.
Harrell ahora puede tener conversaciones usando la tecnología para compartir sus pensamientos, necesidades y deseos. También puede mostrar su sentido del humor. Hoy en día, utiliza la tecnología hasta 12 horas al día para hablar con familiares, amigos y compañeros de trabajo. Harrell todavía trabaja como activista climático.
No es el primer sistema de cerebro a habla
El grupo de Brandman y Stavisky no es el primero en demostrar que esta tecnología es prometedora. Pero dicen que la suya es la primera que alguien puede usar en casa para comunicarse todo el día, todos los días, sin la necesidad de técnicos en el lugar.
Otros científicos han implantado dispositivos similares en el cerebro de alguien antes. Pero esos dispositivos tenían la mitad de puntas para captar señales cerebrales. En las pruebas, tales implantes demostraron una precisión de tres de cada cuatro palabras en promedio. Equivocarse en una cuarta parte de las palabras dificultaba la comunicación, dice Brandman. Aun así, demostró que la idea podía funcionar.
Brandman y Stavisky ahora usan implantes con el doble de puntas. Más puntas significa que sus dispositivos pueden «escuchar» mejor las señales nerviosas. Los investigadores también mejoraron las matemáticas utilizadas por su BCI. Juntos, estos cambios aumentaron la precisión de la decodificación del habla.
Durante 32 semanas, esta tecnología interpretó correctamente lo que Harrell quería decir aproximadamente el 97% del tiempo. Eso significa que acertó 49 de cada 50 palabras, explica Brandman. Y su precisión sigue mejorando.
Otros grupos de investigación también están trabajando en dispositivos computarizados para decodificar las señales cerebrales de las personas en habla. Chris Crawford, científico informático de la Universidad de Alabama, crea programas informáticos para ejecutar BCI portátiles. Las personas paralizadas por enfermedades y lesiones «viven con estas discapacidades todos los días», dice. Por eso estos sistemas son tan importantes, afirma. Pueden ayudar a las personas a recuperar funciones que alguna vez pensaron que estaban perdidas para siempre.
Al igual que Crawford, Roya Salehzadeh, que trabaja en BCI e interacciones humano-robot, no trabajó en la tecnología BrainGate. Pero dice que investigaciones como esta podrían ayudar a ingenieros como ella. Las BCI, dice, podrían ayudar a alguien a conducir su silla de ruedas, simplemente usando información que proviene de su cerebro. O bien, señala, las BCI podrían detectar emociones o estrés en personas que no pueden comunicarse.
¿Cuánto tiempo pasará hasta que estos sistemas estén ampliamente disponibles? Brandman cree que los médicos podrán prescribir una BCI como la que usa Harrell en los próximos cinco a diez años.
