¿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.