ENTREVISTA RESEARCHITALY
Donde se encuentran la neurociencia y la neuro-tecnología. Entrevista con Giulio Nicolò Meldolesi
Las Neuro-tecnologías se están estableciendo como una de las áreas de mayor interés científico del siglo XXI. Integran métodos avanzados de ingeniería electrotécnica y de las ciencias informáticas con los conocimientos actuales de neurociencia y neurofisiología para producir nuevos dispositivos para el diagnóstico, la cura o el tratamiento de trastornos del sistema nervioso.
Ya se han avanzados mucho los progresos en el diseño y en la implementación de una nueva generación de dispositivos capaces de restaurar o aumentar las funciones sensoriales y motoras, como por ejemplo las interfaces cerebro-computadora (BCI) para personas con parálisis severa o para la neurorrehabilitación de personas afectadas por un derrame cerebral, pero también capaz de tratar o aliviar los síntomas de algunas enfermedades graves, como por ejemplo la estimulación cerebral profunda para el Parkinson.
Nuestro país también es fuerte en este campo con horizontes muy prometedores. Entre los cuerpos de excelencia, el Cyber Brain Hub Lab en Caserta representa la primera infraestructura en el Sur totalmente dedicada al estudio de la Neurociencia y la Neuro-cibernética. Financiado por el Ministerio de Educación, Universidades e Investigación con fondos de la Unión Europea por un valor de 12.4 millones de euro, dispone de equipos al estado actual de la tecnología mundial.
Con motivo del Simposio Internacional de Caserta el 3 de noviembre titulado «Más allá de las fronteras de la ciencia: donde se encuentran la neurociencia y la neurotecnología», que bautiza la estructura innovadora, entrevistamos al doctor Giulio Nicolò Meldolesi (en la foto), presidente de la Fundación Neurone Onlus para el estudio e investigación en neuro-psicobiología y neurociencias clínicas de Roma, promotor de la conferencia junto con la Fundación Neuromed.
1. Presidente, ¿cómo puede ayudarnos la investigación neurocientífica a mejorar la condición humana, a nivel individual y a nivel social?
Estamos en las fronteras más avanzadas de la ciencia, donde la neurociencia se une a la ingeniería y la medicina se combina con la electrónica. En términos generales, el beneficio que subyace en el encuentro entre la neurociencia y la neurotecnología consiste en la posibilidad de conectar una computadora o una extremidad robótica directamente al cerebro humano. Y esto para dos propósitos esenciales:
a) con fines de mercado, explotando completamente y aumentando el potencial de nuestro cerebro;
b) con fines terapéuticos, aliviando o tratando trastornos del sistema nervioso. Modulando funciones neurofisiológicas, por ejemplo la estimulación cerebral profunda en pacientes con enfermedad de Parkinson; reintegrando las funciones motoras, por ejemplo las interfaces cerebro-computadora para personas con parálisis severa o los equipos de neurorehabilitación para pacientes con accidente cerebrovascular; devolviendo las funciones sensoriales, por ejemplo los implantes cocleares o retinianos. Todo esto para romper las barreras de la enfermedad y el alejamiento.
Para hacerle comprender el extraordinario cambio de perspectiva generado por la neurotecnología moderna, podríamos dar el ejemplo de una silla de ruedas: hasta hace unos años era todo lo que la ciencia podía ofrecer a las personas afectadas por una parálisis. Hoy, en muchos casos, ya es posible caminar nuevamente usando exoesqueletos delgados. A medida que avanza la investigación, más y más pacientes ya no pueden ver, por ejemplo para una retinitis pigmentosa, o para hablar; quienes ya no pueden escuchar, o quienes han perdido su sensibilidad táctil, podrán volver a ver, hablar, escuchar o percibir con su cuerpo a través de las interfaces cerebro-computadora (Brain-Computer Interfaces – BCI).
En una interfaz clásica cerebro-computadora, un flujo de datos va del cerebro a un dispositivo electrónico; o, por el contrario, las informaciones van del dispositivo al cerebro. Más específicamente, las señales electrofisiológicas enviadas por el cerebro son traducidas por un decodificador (decoder) en comandos motores que son comprensibles para un dispositivo electrónico. O bien, para administrar el flujo de informaciones en la otra dirección, la interfaz está equipada con un codificador (encoder) que traduce la información recopilada por el dispositivo en su interacción con el mundo externo (señales sensoriales) en mensajes que tienen un lenguaje comprensible para el cerebro, utilizando, por ejemplo, impulsos eléctricos.
2. ¿Realmente nos convertiremos en «trashúmanos», como algunos futurólogos ya plantean la hipótesis?
La sensación de «cambio» no concierne tanto a nuestro carácter distintivo de ser humano; más bien, si consideramos, por ejemplo, los primeros implantes de manos biónicas, hoy ya consta de la implementación de circuitos electrónicos colocados en conexión directa con los circuitos biológicos del sistema nervioso. Desde su aparición en la tierra, el hombre ha mostrado una propensión a recrear, controlando y fortaleciendo, sus funciones esenciales, por ejemplo, las habilidades motoras, los sentidos: vista, tacto, oído, olfato, gusto, la memoria, el cálculo, que definen su esencia, con la tendencia a integrarlos para lograr un propósito superior. Por lo tanto, la evolución tenderá a restaurar o aumentar las funciones nerviosas distintivas del ser humano, creando sistemas biotecnológicos en los que el límite preciso entre los circuitos biológicos y electrónicos se volverá cada vez más borroso.
3. Usted afirma que la comunicación cerebro-máquina ya es una realidad. ¿Qué nos deparará el futuro? ¿Podemos realmente curar tantas enfermedades hoy sin esperanza de recuperación?
La posibilidad de medir, analizar y utilizar parámetros neurofisiológicos ya ofrece muchas posibilidades de aplicación. Hay varias formas de registrar e interpretar las señales cerebrales: desde las más invasivas que usan electrodos intracorticales durante una neurocirugía, hasta las menos invasivas, como los auriculares con electrodos para registrar la señal electroencefalográfica. Las interfaces cerebro-computadora se pueden conectar al sistema nervioso central, que consiste en el cerebro y la médula espinal; o, más bien, al sistema nervioso periférico, es decir, a ese conjunto de nervios que comienzan desde el sistema nervioso central y se ramifican en todo el cuerpo.
En lo que respecta a las interfaces cerebro-computadora (BCI) conectadas al sistema central, se aplican, por ejemplo, a casos de parálisis. Las parálisis pueden tener varias causas, desde un derrame cerebral hasta un accidente de tráfico. Los casos extremos están representados por los llamados síndromes bloqueados en los que los pacientes están conscientes, pero completamente paralizados y, por lo tanto, no pueden hacer ningún movimiento voluntario. Ni siquiera pueden externalizar sus pensamientos. En estos casos, las Spelling-BCI proporcionan un canal de comunicación que permite a los pacientes seleccionar las letras presentes en la pantalla de una computadora o tableta para escribir la palabra deseada.
Una de las aplicaciones más famosas de BCI se emitió con motivo de la Copa Mundial 2014: un exoesqueleto controlado por las señales neuronales registradas gracias a un casco de electroencefalografía – EEG. El exoesqueleto es un esqueleto que envuelve externamente las extremidades inferiores (en este caso) de una persona parapléjica, y que puede moverlas gracias a los pistones hidráulicos controlados por computadora.
La tecnología BCI puede ayudar a los pacientes con ictus cerebral a recuperar la funcionalidad por ejemplo de un brazo paralizado. Viene por ejemplo aplicada una prótesis robótica flexible a la mano del sujeto a rehabilitar. Al modular la actividad cerebral vinculada a los movimientos de la mano, el paciente aprende a abrir y cerrar la prótesis unida a su mano inmóvil, que de esta manera es movida por la prótesis de forma pasiva.
En Lausana, en la “École polytechnique fédérale”, se ha desarrollado un sistema que le permite conducir una silla de ruedas utilizando la señal cerebral. En particular, se utiliza el “motor imagery” o imágenes motoras, es decir, los impulsos que generamos cada vez que pensamos en mover algo: el paciente aprende a producir los comandos derecho, izquierda, hacia adelante y stop simplemente imaginando diferentes movimientos para cada uno. Como tecnología alternativa, el Instituto de Rehabilitación de Chicago, mediante el uso de sensores, se detectan los movimientos residuales, por ejemplo, de los hombros, de pacientes paralizados, para mover la silla de ruedas.
En el contexto de las interfaces únicamente sensoriales cerebro-computadora, los dos mayores éxitos logrados hasta ahora son probablemente:
1) el implante coclear, u oído biónico. Un sistema dirigido a personas con sordera severa que le permite recuperar la percepción de los sonidos al traducirlos en estímulos eléctricos aplicados directamente al nervio coclear. Está constituido por una parte externa que captura el sonido y una parte interna que transforma el sonido grabado en señales eléctricas apropiadas para ser transferidas a los electrodos ubicados dentro de la cóclea. Un dato que data de 2012 nos dice que más de 300,000 personas en todo el mundo han tenido un implante coclear.
2) las prótesis retinianas. Existen dispositivos en el mercado desarrollados para pacientes con retinitis pigmentosa, una enfermedad genética degenerativa bastante extendida que puede conducir a la ceguera completa. La idea fundamental es reemplazar la parte dañada de la retina con una retina artificial que sea capaz de registrar información visual para transformarla en señales eléctricas con un significado que la corteza visual interprete correctamente. Actualmente hay dos sistemas en el mercado: el Argus II y el Alpha-IMS, que obtuvieron la certificación europea respectivamente en marzo de 2011 y marzo de 2013. Por ahora, los pacientes apenas pueden reconocer los contornos de las cosas; sin embargo, para una persona que ha perdido completamente la vista, esta es una ayuda muy bienvenida. En el futuro, será necesario mejorar los dispositivos para permitir que las personas vean imágenes más nítidas y coloridas.
En todos los casos mencionados anteriormente, lo que realmente falta y que tendrá que ser objeto de una intensa investigación en los próximos años es el profundo conocimiento del código neuronal, es decir, el código que utiliza el cerebro para procesar y transmitir informaciones tan precisas y exactas.
4. En comparación con otros países y con una perspectiva internacional, ¿cómo se posiciona Italia en este sector altamente innovador rico en perspectivas de cura para muchas afecciones médicas graves?
Italia está bien ubicada dentro del variado panorama internacional.
En cuanto a las neuroprótesis, es decir, dispositivos que están conectados al sistema nervioso periférico, es decir, a ese conjunto de nervios que comienzan desde el sistema nervioso central y se ramifican en todo el cuerpo, Silvestro Micera, profesor de la Escuela Secundaria Sant’Anna de Pisa y director del Laboratorio de Ingeniería Neural Traslacional de la “École polytechnique fédérale” en Lausana, ha construido e implantado una mano neuroprótesis en un paciente amputado que se controla de forma bidireccional, motora y sensorial, mediante electrodos especiales que se ponen en contacto con las fibras nerviosas. . En la práctica, la señal neuronal se decodifica (ver arriba, decoder) y se transfiere eficientemente a la extremidad mecánica.
Además, cuando se realizan movimientos de la mano, diferentes protocolos de señales sensoriales, en relación con el contacto con material rugoso, liso, etc., organizados de acuerdo con los dos parámetros fundamentales de fuerza y frecuencia, se codifican en estímulos eléctricos para proporcionar a esta prótesis, y por lo tanto al individuo que percibe, también información sensorial.
En Roma, en el IRCCS Santa Lucía, se han creado una serie de aplicaciones de tecnología BCI para mejorar la calidad de vida de los pacientes con discapacidades motoras graves, para controlar dispositivos electrónicos en una sala de domótica mediante la modulación de la actividad del cerebro. Por ejemplo, una aplicación que permite al usuario poder llevar su presencia a otras partes de la casa moviendo un pequeño robot equipado con una videocámara. Todo esto para evitar el uso de videocámaras en cada habitación que sería contrario a la privacidad de otros miembros de la familia.
Hay muchos centros en toda Italia que se ocupan de la tecnología BCI y de assistive technology. Además de los ya mencionados, puedo recordar la Fundación del Instituto Italiano de Tecnología, el Departamento de Ingeniería Automática y de Gestión – DIAG de la Universidad Sapienza de Roma; el Departamento IIEIT de la Universidad de Pisa, el Consorcio de Investigación de Pisa; en Bolonia, el centro de ayuda tecnológica de Bolonia; el CNR-IFAC de Sesto Fiorentino, el Politécnico de Bari. En Siena, se desarrolló un BCI para personas con síndrome de encerramiento que usan imágenes motoras.
5. La neurotecnología está realizando grandes avances. ¿Cuáles son las aplicaciones innovadoras ya disponibles y que pronto se implementarán?
La tecnología BCI actualmente está viviendo una fase emocionante de transición de demostraciones episódicas a un tipo de investigación sistemática, multidisciplinaria, traslacional y orientada al desarrollo comercial.
En la última década, la investigación científica ha generado un conjunto de instrumentos poderosos para medir y analizar la actividad cerebral no invasiva e invasiva.
Entre los sistemas no invasivos, la Electroencefalografía de alta resolución espacial (HREEG) es un dispositivo de imaging de la actividad cerebral «in vivo» que ha permitido medir y reconocer los «signos» de la actividad cerebral relacionados con las variaciones de memorización, atención y emoción, en tareas experimentales cada vez más parecidas a las condiciones de la vida real cotidiana. Con las técnicas HREEG se ha observado que la imaginación de los actos motores en humanos tiene lugar en los mismos sitios cerebrales responsables de controlar el movimiento real de las extremidades. Esta es la importante evidencia experimental que subyace en la tecnología «Brain Computer Interface» (BCI), que aspira a controlar los dispositivos electrónicos solo con la modulación de la actividad cerebral.
Como dije anteriormente, los sistemas BCI están diseñados principalmente para mejorar la calidad de vida de los pacientes con discapacidades motoras severas, devolviendo parcialmente cierta autonomía e independencia de movimiento.
El paso que se está haciendo actualmente es hacer que este modo de interacción con dispositivos electrónicos esté disponible también para personas sanas, con fines de consumo. Las posibles aplicaciones van desde la posibilidad de utilizar estos controles en videojuegos o de enviar señales «privadas» a otros usuarios con quienes, en un futuro cercano, estaremos en constante conexión telemática, hasta el control inmediato del equipo que nos rodea, como por ejemplo prótesis para manos o piernas.
Pocos sensores están fijados en el cuero cabelludo, mientras que la unidad de cálculo se está volviendo gradualmente no más grande que un reloj y, por lo tanto, fácilmente ponible. Hay varios ejemplos de soluciones comerciales basadas en BCI que se venden a precios entre unas pocas decenas y miles de euros según el tipo. Estos son dispositivos para el entretenimiento recreativo, para el cuidado de la salud y para el entrenamiento deportivo o profesional. Algunas compañías se dirigen al mercado de controladores para videojuegos de computadora: por ejemplo, proporcionan interfaces BCI que interpretan tanto los movimientos musculares como las señales eléctricas corticales a través de bandas o cascos para usar en la cabeza y equipados con electrodos especiales. Uno, en particular, proporciona al controlador un conjunto de juegos de computadora clásicos como Ping Pong y Tetris en una versión «cerebral». Otras compañías ofrecen controladores de juegos para smartphone o tabletas.
Otro campo de aplicación importante está representado por el llamado «cognitive training«. Solo en los Estados Unidos, el mercado del entrenamiento cognitivo ha pasado de 2 millones de dólares en 2005 a 80 millones en 2009, y despierta mucha atención la neurofeedback, una técnica destinada a entrenar en el control de las ondas cerebrales a través de la visualización gráfica del mismo.
Este procedimiento se utiliza tanto en el campo médico, como una terapia para trastornos como el TDA (trastorno por déficit de atención), y en el campo profesional, para mejorar la capacidad de concentración, atención y aprendizaje de los sujetos en el trabajo, en el estudio y en el deporte. Algunos equipos de fútbol realizan entrenamientos basados en neurofeeback.
Las ciencias económicas buscan la neurociencia para poder comprender y predecir el mecanismo humano detrás de las compras.
De la combinación de estas dos ciencias nace la aplicación de marketing, el neuromarketing, que tiene como objetivo estudiar las razones que llevan a un comprador a elegir un producto o servicio para la venta. Gran parte de la atención se centra ahora en el análisis de la publicidad, notoriamente uno de los incentivos de compra más efectivos. El marketing tradicional evalúa las reacciones de las personas a los estímulos publicitarios con técnicas indirectas (observación, entrevistas, cuestionarios). En cambio, el Neuromarketing investiga la respuesta fisiológica directa causada por el estímulo publicitario (respuesta eléctrica del cerebro) y de esta se infiere las implicaciones cognitivas (niveles de atención, memorización y placer). El neuromarketing no evalúa los comportamientos sino cómo los estímulos publicitarios «dejan su huella» en el cerebro de las personas.
Se identifican dos enfoques basados en medidas de EEG cortical en el mercado: el enfoque científico, que parte de la evidencia de la neurociencia para inferir la efectividad de un estímulo publicitario al medir la actividad eléctrica cortical con EEG de alta densidad en todas las áreas del cerebro (> 60 electrodos).
Y el enfoque heurístico, que tiene su fuerza en el uso de dispositivos EEG con un número reducido de electrodos (incluso un solo electrodo colocado centralmente en la cabeza o dos en los lóbulos frontales) con los que se miden los parámetros de interés para el neuromarketing. Los dispositivos simplificados promueven la portabilidad al disminuir el discomfort y los tiempos de preparación, con el objetivo de hacer que la fase de prueba sea lo más equivalente posible a la experiencia real del sujeto. Sin embargo, hoy no es posible comparar los resultados obtenidos con los tomados de la literatura científica. El neuromarketing resulta extremadamente adecuado para apoyar la comunicación publicitaria durante la creación de los anuncios publicitarios, lo que permite aumentar la capacidad de estimular la atención, la memorización y el posicionamiento del anuncio publicitario de manera coherente con la marca.
Hoy, la mayoría de las empresas de neuromarketing se encuentran en los Estados Unidos y se han fundado en los últimos cinco años. Muchos de estos emplean dispositivos para mediciones neurofisiológicas (EEG y sensores) desarrollados por sí mismos, mientras que otros adoptan soluciones tecnológicas de terceros.
Durante el período de cuatro años 2007-2011, la Comunidad Europea (UE) invirtió no menos de 30 millones de euros en proyectos relacionados con el uso de sistemas BCI para el control de videojuegos, entornos de domótica, prótesis mecatrónicas para piernas y brazos.
También hay líneas de financiación de la UE para proyectos que utilizan la evaluación instantánea del estado emocional y cognitivo del pasajero durante los vuelos transoceánicos, a fin de poder regular de manera óptima la prestación de servicios por el sistema de a bordo.
Otra área de interés por parte de la UE y los gobiernos de varios países extraeuropeos se refiere a la posibilidad de controlar los estados de fatiga psíquica y mental de los conductores de vehículos públicos, como autobuses, trenes, aviones, mediante la obtención de la actividad EEG.
Recientemente en los Estados Unidos se está desarrollando una línea de investigación en el campo de la llamada «telepatía sintética», en la que se estudia la modalidad de transmisión de un solo bit de información entre dos sujetos mediante la modulación de la actividad cerebral; una especie de BCI entre dos personas. Una instalación experimental de esta «telepatía sintética» en los laboratorios de la Fundación Santa Lucía en Roma, donde se muestran dos sujetos que intercambian información de forma remota (en relación con la posición del cursor electrónico) con la modulación de su actividad mental.
Aunque en este momento la velocidad de transmisión entre los dos sujetos está limitada a unos pocos bits por minuto, todavía se ha demostrado la “proof-of.concept” (prueba de concepto) de estos dispositivos.
Con respecto a la investigación clínica/traslacional y la investigación científica básica, el uso de señales cerebrales electrocorticográficos (EcoG) constituyen actualmente otra posibilidad extraordinaria para registrar señales cerebrales (alternativa al electroencefalografía – EEG del cuero cabelludo) y desarrollar otra serie casi infinita de aplicaciones. Las oscilaciones de EEG de alta frecuencia (banda gamma) (70-300 Hz) son generadas por poblaciones de neuronas involucradas en la misma tarea funcional.
Las grabaciones de ECoG se han utilizado para estudiar la dinámica de las oscilaciones cerebrales relacionadas con eventos en una serie de sistemas neuroanatómicos-funcionales, incluidos el sistema somatosensorial y somatomotor, el sistema perceptivo visual y auditivo y las redes corticales responsables del lenguaje. La ventaja para los neurocientíficos que trabajan con ECoG consiste en el hecho de que las personas que padecen patologías particulares, por ejemplo, la epilepsia farmacorresistente (que no responde a los tratamientos farmacológicos), o los pacientes que sufren tumores cerebrales, son operados por el neurocirujano con fines terapéuticos.
En esta ocasión, a menudo es necesario proceder con la implantación temporal de “grid” (cuadrículas) de ECoG subdurales (grid o strip multicontacto que descansa sobre la superficie cortical o electrodos intraparenquimatosos insertados en condiciones estereotáxicas y estereoscópicas, para realizar una serie de pruebas necesarias para que el cirujano opere de manera segura).
Esta condición especial ofrece a los investigadores la oportunidad de usar electrodos invasivos en humanos, lo que permite que el acto de asistencia se combine con el estudio del funcionamiento del cerebro humano in vivo, caso más único que raro. La rápida aparición de la electrocorticografía (ECoG) deriva, por lo tanto, de la posibilidad de realizar estudios neurofisiológicos en humanos. De hecho, las peculiaridades distintivas del ser humano, como los procesos de habla y lenguaje, no pueden estudiarse en ningún modelo animal y requieren el uso de electrodos invasivos como la única condición para poder alcanzar nuevos descubrimientos y campos de aplicación.
Otros estudios muestran que estos datos se pueden utilizar para establecer un control BCI unidimensional o bidimensional con un pequeño entrenamiento. Y, como hemos visto, la implementación de este tipo de método puede ser de gran ayuda para las personas que sufren trastornos neuromusculares graves, como lesiones en la médula espinal, parálisis cerebral, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), síndrome locked-in etc.
Los avances en las tecnologías de interfaz neural están vinculados al desarrollo de nuevos enfoques de estudio para el cerebro, tanto clínicos como experimentales. Muy interesante es el reciente desarrollo de sistemas BCI «recurrentes» (R-BCI), en el que la actividad neuronal se registra y procesa en tiempo real para controlar la estimulación eléctrica de otras áreas particulares del cerebro o de los músculos, mediante la implantación de microelectrodos y neurochips crónicos. Esto permite reincorporar, a través de conexiones artificiales, funciones normales que se pierden o faltan.
Este paradigma del BCI recurrente y autónomo abre el camino a nuevas aplicaciones, tanto clínicas (neurológicas y psiquiátricas) como experimentales, que en los próximos 3-5 años aumentarán significativamente la selectividad, sensibilidad, precisión y confiabilidad de los procedimientos de registro y estimulación, así como la duración de la operación de los microelectrodos y las sondas neurales utilizadas. También será perfeccionada la conexión con otros métodos clínico-experimentales, como por ejemplo la liberación de sustancias farmacológicas en ciertas áreas del cerebro, imágenes ópticas y manipulaciones genéticas.
Estudios recientes en humanos muestran la posibilidad de realizar un mapeo funcional EcoG en tiempo real, proporcionando así una alternativa al mapeo utilizando estimulación eléctrica estándar en casos quirúrgicos que requieren una evaluación funcional. De hecho, la capacidad de identificar áreas del cerebro humano que son de importancia focal para el lenguaje, la sensibilidad, el movimiento y la memoria es el requisito esencial para la ejecución de intervenciones neuroquirúrgicas seguras, ya sea por ejemplo extirpación de un tumor, ya sea la extirpación de una porción de tejido cerebral, como ocurre típicamente en el caso de la cirugía de epilepsia.
La identificación de estas áreas «funcionalmente críticas» del cerebro permite al neurocirujano preservarlas durante la cirugía de resección, especialmente en los casos de operaciones delicadas en las que el área cortical a extirpar está particularmente cerca o superpuesta a ellas. La eliminación del tejido cerebral patológico durante los procedimientos neuroquirúrgicos de asistencia permite la conexión con:
a) el desarrollo de una investigación básica (biología molecular, anatomo-patología, farmacología, genética) que a través del análisis de los tejidos y de las alteraciones encontradas permite mayor comprensión de los mecanismos electrofisiológicos;
b) la sinergia con la industria farmacéutica para el desarrollo de nuevas moléculas programadas en modelos reales.
Además, recientemente se ha demostrado que la actividad de alta frecuencia identificada con EcoG está localizada y es la base de la señal BOLD del fMRI. En el caso de que esta observación sea probada, el ECoG se establecería como una herramienta esencial en la evaluación preoperatoria de los procedimientos neuroquirúrgicos, para evitar consecuencias potencialmente nocivas para el paciente. También representaría la primera técnica efectiva de mapeo de la función cerebral capaz de medir directamente las actividades de las poblaciones de células cerebrales y no las consecuencias indirectas producidas por su activación (estimación indirecta).
En resumen, las repercusiones de lo que concierne al desarrollo de tecnologías BCI parecen considerables, tanto a nivel tecnológico como socioeconómico:
a) la expansión de actividades de investigación clínica, electrofisiológica, neurorradiológica y biotecnológica de alto nivel científico y alta transferibilidad (investigación traslacional);
b) la implementación de nuevas tecnologías destinadas a un crecimiento fundamental de la autonomía de las personas que sufren discapacidades físicas graves, y la creación de productos de consumo para personas sanas;
c) el desarrollo y refinamiento de sistemas recurrentes de BCI para la reincorporación de funciones cerebrales perdidas o faltantes;
d) el refinamiento y la mayor seguridad de los procedimientos neuroquirúrgicos.
6. ¿Cómo se posiciona a nivel internacional la investigación neurocientífica y neuro-tecnológica italiana? ¿Cuáles son las fortalezas de nuestro país y cómo podría mejorarse?
La carrera por la realización de dispositivos tecnológicos para el gran público se perdió por Italia a fines de la década de 1980. La producción y el diseño de estos dispositivos (computadoras, tabletas, teléfonos móviles, navegadores, etc.) ahora se encuentran firmemente ubicados en los Estados Unidos y en países asiáticos.
Italia puede ganar otra carrera, potencialmente tan importante como la primera: la medición e interpretación de los estados cognitivos y emocionales de los usuarios de los dispositivos del futuro es el punto clave para proporcionar una nueva clase de servicios. Aquellos que miden e interpretan correctamente los estados cognitivos y emocionales de los usuarios de estos dispositivos tendrán la oportunidad de generar sistemas cada vez más inteligentes y potencialmente más útiles.
De hecho, cualquier dispositivo electrónico producido para ser eficiente debe tener en cuenta e interactuar con el estado cognitivo y emocional del ser humano. La estructura del cerebro y los mecanismos que rigen su funcionamiento son el sector en el que nuestra investigación ha producido los resultados más brillantes. Dos de los seis premios Nobel de medicina ganados por los italianos han sido otorgados a neurocientíficos. Y recientemente, el descubrimiento de las neuronas espejo ha hecho que los neurocientíficos italianos del grupo Rizzolatti de la Universidad de Parma sean conocidos en todo el mundo.
La grandísima expansión de la investigación en el área neurocientífica y neurotecnológica se logró gracias a la disponibilidad de métodos, tecnologías y herramientas de análisis derivadas principalmente de la física y la biología, y a través de un enfoque integrado, basado en la eliminación de barreras entre diferentes disciplinas.
La integración del conocimiento y la colaboración activa en particular entre médicos y bioingenieros, físicos, neuropsicólogos sigue siendo difícil en el panorama italiano actual, especialmente entre las disciplinas médicas y de bioingeniería. Es esencial fomentar la colaboración activa y constante entre diferentes figuras y competencias profesionales ya durante la formación académica del máster para lograr los objetivos más ambiciosos en el campo de la investigación neurotecnológica aplicada.
7. En este contexto altamente innovador, ¿cuáles son los programas de Cyber Brain Hub Lab para los próximos años?
Con la red de colaboraciones que hemos desarrollado en los últimos años, estamos trabajando en un nuevo proyecto que implica la transferencia de líneas de investigación altamente innovadoras ya presentes en el Norte y los Estados Unidos. Hay 6 líneas de investigación que se refieren a el BCI, la Neuro-prostética, la Neuro-protésica y transmisión de señal de forma inalámbrica, la electrocorticografía (ECoG) y el análisis de datos, el assistive technology y la rehabilitación clínica, cognitiva y motora.
Una de las partes más delicadas de esta fase del trabajo es la construcción de relaciones de colaboración con las universidades, principalmente en la región de Campania y en el Sur, que ofrece la oportunidad a jóvenes estudiantes, estudiantes de doctorado y postdoctorados de capacitarse y trabajar en Caserta. La relación con el territorio potencialmente concierne a todos los sectores de investigación y desarrollo conectados a los campos multifacéticos de uso de este conocimiento (hospitales y aplicaciones clínicas – enfermedades neurológicas, neurorrehabilitación, rehabilitación cognitiva, entrenamiento cognitivo y neurofeedback, empresas – neuromarketing, automotriz, aeroespacial, TIC, videojuegos, medicina deportiva, etc.).
8. Dijiste que esta nueva instalación de investigación pertenece a los jóvenes … ¿Cuál es la edad promedio de tus investigadores? ¿Qué tipo de figuras profesionales te interesan específicamente? ¿Para qué carreras profesionales?
Una estructura de excelencia construida con dinero público debe estar al servicio de los jóvenes y la comunidad. Cuando esté en pleno funcionamiento podría acomodar de 30 a 40 investigadores, principalmente estudiantes de doctorado, en promedio de 23 a 30 años, y postdoctorales de 26 a 35 años, cuyo trabajo sería supervisado por investigadores expertos en el campo. Las figuras profesionales se refieren a bioingenieros, electrónicos e informáticos, físicos, matemáticos, médicos – neurólogos, neurocirujanos, radiólogos, electrofisiólogos, neuropsicólogos, fisiatras y técnicos de rehabilitación.
Deseo que la estructura también haya sido visitada por estudiantes universitarios y de secundaria. Que los estudiantes puedan entrar en contacto con esta realidad desde una edad muy temprana, inculcándoles la semilla de una nueva forma fascinante de conocimiento. La posibilidad de financiar becas de doctorado industriales y contratos postdoc con fondos europeos PON y FSR permitiría a los jóvenes que trabajan en el Cyber Brain Hub Lab capacitar bajo la supervisión de excelentes maestros, pertenecientes a varios institutos de investigación nacionales e internacionales. Esto les garantizaría moverse entre diferentes centros integrando así sus conocimientos.
Además, a diferencia de los cursos académicos clásicos, se incluirían desde el principio en un programa de investigación orientado a la producción preindustrial e industrial, en contacto desde el principio con empresas e industrias, dentro de la cadena de producción que desde los niveles 2-3 de los Technology Readiness Levels (TRL), los Niveles de Preparación Tecnológica, alcanza la realización de patentes y prototipos (TRL 7-8), promoviendo la entrada de jóvenes en la red de producción.
9. ¿Qué consejo le das a un joven italiano fascinado por la investigación del cerebro?
Este es el consejo que les daría a mis hijos: continuar cultivando el sueño de poner sus conocimientos al servicio de una posible mejora extraordinaria en la calidad de vida de las personas con discapacidades graves, convertirse en maestros de esta fascinante área de conocimiento y contribuir a transformar el estilo de vida de la humanidad en los próximos 5-10 años.
10. Es realmente un proyecto ambicioso y multidisciplinario. ¿Qué tipo de colaboraciones tienen y qué tipo de colaboraciones tienen la intención de desarrollar a nivel nacional e internacional?
Teniendo en cuenta la naturaleza multidisciplinaria del proyecto, hemos comenzado una cooperación con una serie de institutos de investigación y fundaciones que podrían cubrir las principales áreas de estudio, garantizando así una articulación progresiva e integración del conocimiento.
En la actualidad tenemos colaboraciones con:
1) Fundación Instituto Italiano de Tecnología (IIT) de Rovereto (TN) – Neural Computer
Interaction Laboratory, en lo que respecta al procesamiento de señales;
2) Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones, Politécnico de Turín, Center for Space Human Robotics, IIT@PoliTO, Turín para electrónica y microelectrónica;
3) Escuela de Estudios Avanzados Sant’Anna en Pisa (SSSA) para bio-robótica;
4) Albany Medical College, Albany,
5) New York y Wadsworth Center, Nueva York,
6) Centro de Cirugía de Epilepsia, IRCCS Neuromed, todo para neurociencia, mapeo cerebral y electrocorticografía (ECoG);
7) Laboratorio de Imaging Neuroeléctrica IRCCS, Fundación Santa Lucía, en Roma, para la neurociencia y la neurorrehabilitación motora y cognitiva;
8) Departamento de Ingeniería Informática, Automática y de Gestión Antonio Ruberti (DIAG), y
9) el Departamento de Medicina Molecular, ambos de la Universidad «Sapienza», en Roma, en lo que respecta a las interfaces cerebro-computadora (Brain-Computer Interface – BCI) y tecnología de asistencia (desarrollo de dispositivos para la rehabilitación, asistencia y adaptación de personas con discapacidades graves).
El siguiente paso será activar múltiples colaboraciones con universidades locales y del Sur.
A nivel internacional, importante la cooperación con la École polytechnique fédérale – EPFL en Lausana (a la que ya está conectada la Scuola Sant’Anna) y con el Knight Cognitive Neuroscience Lab de UC Berkeley – EE. UU., con el que ya está en estrecho contacto el grupo de Albany.
