Los implantes cerebrales , a menudo denominados implantes neuronales , son dispositivos tecnológicos que se conectan directamente al cerebro de un sujeto biológico , generalmente colocados en la superficie del cerebro o adheridos a la corteza cerebral . Un propósito común de los implantes cerebrales modernos y el foco de gran parte de la investigación actual es establecer una prótesis biomédica que evite áreas del cerebro que se han vuelto disfuncionales después de un derrame cerebral u otras lesiones en la cabeza . [1] Esto incluye la sustitución sensorial , por ejemplo, en la visión . Otros implantes cerebrales se utilizan en experimentos con animales simplemente para registrar la actividad cerebral por razones científicas. Algunos implantes cerebrales implican la creación de interfaces entre sistemas neuronales y chips de computadora . Este trabajo es parte de un campo de investigación más amplio llamado interfaces cerebro-computadora . (La investigación sobre la interfaz cerebro-computadora también incluye tecnología como los conjuntos de EEG que permiten la interfaz entre la mente y la máquina pero que no requieren la implantación directa de un dispositivo).
Los implantes neuronales, como la estimulación cerebral profunda y la estimulación del nervio vago, se están convirtiendo cada vez más en una rutina para los pacientes con enfermedad de Parkinson y depresión clínica , respectivamente.
Los implantes cerebrales estimulan, bloquean [2] o registran [3] eléctricamente (o ambos registran y estimulan simultáneamente [4] ) señales de neuronas individuales o grupos de neuronas ( redes neuronales biológicas ) en el cerebro. Esto sólo es posible cuando se conocen aproximadamente las asociaciones funcionales de estas neuronas. Debido a la complejidad del procesamiento neuronal y la falta de acceso a señales relacionadas con el potencial de acción mediante técnicas de neuroimagen , la aplicación de implantes cerebrales ha estado seriamente limitada hasta los recientes avances en neurofisiología y potencia de procesamiento informático. También se están realizando muchas investigaciones sobre la química superficial de los implantes neuronales en un esfuerzo por diseñar productos que minimicen todos los efectos negativos que un implante activo puede tener en el cerebro y que el cuerpo puede tener en la función del implante. Los investigadores también están explorando una variedad de sistemas de administración, como el uso de venas, para colocar estos implantes sin cirugía cerebral; Al dejar el cráneo sellado, los pacientes podrían recibir sus implantes neuronales sin correr un riesgo tan grande de sufrir convulsiones, derrames cerebrales o deficiencias neuronales permanentes, todo lo cual puede ser causado por una cirugía de cerebro abierto. [5]
La investigación en sustitución sensorial ha logrado avances significativos desde 1970. Especialmente en la visión, debido al conocimiento del funcionamiento del sistema visual , los implantes oculares (que a menudo implican algunos implantes cerebrales o monitorización) se han aplicado con éxito demostrado. Para la audición , se utilizan implantes cocleares para estimular directamente el nervio auditivo. El nervio vestibulococlear forma parte del sistema nervioso periférico , pero la interfaz es similar a la de los verdaderos implantes cerebrales.
Múltiples proyectos han demostrado tener éxito en la grabación de cerebros de animales durante largos períodos de tiempo. Ya en 1976, investigadores del NIH dirigidos por Edward Schmidt realizaron registros de potencial de acción de señales de cortezas motoras de monos rhesus usando electrodos inamovibles tipo "hatpin", [6] incluyendo registros de neuronas individuales durante más de 30 días y registros consistentes durante más de 30 días. tres años de los mejores electrodos.
Los electrodos "hatpin" estaban hechos de iridio puro y aislados con parileno , materiales que se utilizan actualmente en la implementación cibercinética del conjunto Utah. [7] Estos mismos electrodos, o derivaciones de los mismos utilizando los mismos materiales de electrodos biocompatibles, se utilizan actualmente en laboratorios de prótesis visuales, [8] laboratorios que estudian las bases neuronales del aprendizaje, [9] y enfoques de prótesis motoras distintos de las sondas cibercinéticas. [10]
Otros grupos de laboratorios producen sus propios implantes para proporcionar capacidades únicas que no están disponibles en los productos comerciales. [11] [12] [13] [14]
Los avances incluyen: estudios del proceso de reconexión funcional del cerebro a lo largo del aprendizaje de una discriminación sensorial, [15] control de dispositivos físicos por cerebros de ratas, [16] monos sobre brazos robóticos, [17] control remoto de dispositivos mecánicos por monos y humanos, [18] control remoto sobre los movimientos de cucarachas , [19] el primer uso reportado del Utah Array en un humano para señalización bidireccional. [20] Actualmente, varios grupos están realizando implantes protésicos motores preliminares en humanos. Actualmente, estos estudios están limitados a varios meses debido a la longevidad de los implantes. La matriz ahora forma el componente sensor del Braingate .
También se están realizando muchas investigaciones sobre la química superficial de los implantes neuronales en un esfuerzo por diseñar productos que minimicen todos los efectos negativos que un implante activo puede tener en el cerebro y que el cuerpo puede tener en la función del implante.
Otro tipo de implante neuronal con el que se está experimentando son los chips de silicio de memoria neuronal protésicos , que imitan el procesamiento de señales realizado por neuronas en funcionamiento que permite al cerebro de las personas crear recuerdos a largo plazo.
Para los implantes, incluidos potencialmente los implantes cerebrales, los dispositivos totalmente orgánicos podrían ser ventajosos porque podrían ser biocompatibles . [21] Si los dispositivos neuromórficos orgánicos llegan a ese punto, "los implantes podrían permitir a los humanos controlar exoesqueletos motorizados", por ejemplo. [21] Las neuronas modificadas genéticamente pueden permitir conectar componentes externos , como prótesis, a los nervios. [22] También hay investigaciones sobre neuronas artificiales físicas potencialmente implantables [23] .
Hay investigaciones sobre posibles implantes para la administración de fármacos al cerebro . [24] [25]
En 2016, científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign anunciaron el desarrollo de pequeños sensores cerebrales para su uso en monitorización posoperatoria, que se derriten cuando ya no son necesarios. [26]
En 2020, científicos de la Universidad de Melbourne , que formaron la empresa Synchron en 2016, publicaron datos clínicos relacionados con un descubrimiento de Stentrode , un dispositivo implantado a través de la vena yugular , sin necesidad de cirugía cerebral abierta. Se demostró que la tecnología permite a dos pacientes controlar una computadora utilizando únicamente el pensamiento. En última instancia, puede ayudar a diagnosticar y tratar una variedad de patologías cerebrales, como la epilepsia y la enfermedad de Parkinson . [27] En 2023, los investigadores no informaron eventos adversos graves durante el primer año en los cuatro pacientes que usaron el dispositivo para operar una computadora. [28] [29]
DARPA ha anunciado su interés en desarrollar "insectos cyborg" para transmitir datos desde sensores implantados en el insecto durante la etapa de pupa . El movimiento del insecto se controlaría desde un sistema microelectromecánico (MEMS) y posiblemente podría inspeccionar un entorno o detectar explosivos y gases. [30] Del mismo modo, DARPA está desarrollando un implante neuronal para controlar de forma remota el movimiento de los tiburones . Los sentidos únicos del tiburón serían entonces explotados para proporcionar información sobre el movimiento de los barcos enemigos o los explosivos submarinos. [31]
En 2006, investigadores de la Universidad de Cornell inventaron [32] un nuevo procedimiento quirúrgico para implantar estructuras artificiales en insectos durante su desarrollo metamórfico. [33] [34] Los primeros insectos cyborgs, polillas con componentes electrónicos integrados en su tórax , fueron demostrados por los mismos investigadores. [35] [36] El éxito inicial de las técnicas ha resultado en una mayor investigación y la creación de un programa llamado Hybrid-Insect-MEMS, HI-MEMS. Su objetivo, según la Oficina de Tecnología de Microsistemas de DARPA , es desarrollar "interfaces máquina-insecto estrechamente acopladas mediante la colocación de sistemas micromecánicos dentro de los insectos durante las primeras etapas de la metamorfosis". [37]
Recientemente se ha intentado con éxito el uso de implantes neurales en cucarachas. Al insecto se le colocaron electrodos aplicados quirúrgicamente, que fueron controlados de forma remota por un humano. Los resultados, aunque a veces diferentes, básicamente mostraron que la cucaracha podía ser controlada por los impulsos que recibía a través de los electrodos. DARPA ahora está financiando esta investigación debido a sus obvias aplicaciones beneficiosas para el ejército y otras áreas [38]
En 2009, en la conferencia de sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS) del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) en Italia , los investigadores demostraron el primer cyborg escarabajo volador "inalámbrico". [39] Ingenieros de la Universidad de California en Berkeley fueron pioneros en el diseño de un " escarabajo controlado remotamente ", financiado por el programa DARPA HI-MEMS. [40] A esto le siguió más tarde ese año la demostración del control inalámbrico de una polilla-cyborg "asistida por ascensor". [41]
Con el tiempo, los investigadores planean desarrollar HI-MEMS para libélulas, abejas, ratas y palomas. [42] [43] Para que el error cibernético HI-MEMS se considere un éxito, debe volar 100 metros (330 pies) desde un punto de partida, guiado por computadora hasta un aterrizaje controlado dentro de 5 metros (16 pies) de un punto específico. punto final. Una vez aterrizado, el error cibernético debe permanecer en su lugar. [42]
En 2012, DARPA proporcionó financiación inicial [44] al Dr. Thomas Oxley , neurointervencionista del Hospital Mount Sinai de la ciudad de Nueva York, para una tecnología que se conoció como Stentrode. El grupo de Oxley en Australia fue el único fuera de Estados Unidos financiado por DARPA como parte del programa Reliable Neural Interface Technology (RE-NET). [45] Esta tecnología es la primera que intenta proporcionar implantes neurales a través de un procedimiento quirúrgico mínimamente invasivo que no requiere cortar el cráneo. Es decir, una serie de electrodos integrados en un stent autoexpandible, implantado en el cerebro mediante angiografía cerebral. Esta vía puede proporcionar un acceso fácil y seguro y capturar una señal fuerte para una serie de indicaciones más allá de abordar la parálisis, y actualmente se encuentra en ensayos clínicos [46] en pacientes con parálisis grave que buscan recuperar la capacidad de comunicarse.
En 2015 se informó que los científicos del Laboratorio de Neurotecnologías de Percepción y Reconocimiento de la Universidad Federal del Sur en Rostov del Don propusieron utilizar ratas con microchips implantados en el cerebro para detectar artefactos explosivos. [47] [48] [49]
En 2016 se informó que ingenieros estadounidenses están desarrollando un sistema que transformaría las langostas en "detectores de explosivos controlados a distancia" con electrodos en sus cerebros que transmitirían información sobre sustancias peligrosas a sus operadores. [50]
Los neuroestimuladores se utilizan desde 1997 para aliviar los síntomas de enfermedades como la epilepsia , la enfermedad de Parkinson , la distonía y, recientemente, la depresión . Los rápidos avances en las tecnologías de neuroestimulación están brindando alivio a un número sin precedentes de pacientes afectados por trastornos neurológicos y psiquiátricos debilitantes. Las terapias de neuroestimulación incluyen enfoques invasivos y no invasivos que implican la aplicación de estimulación eléctrica para impulsar la función neuronal dentro de un circuito.
DARPA también está explorando los implantes cerebrales como parte del programa Reliable Neural-Interface Technology (RE-NET) lanzado en 2010 para abordar directamente la necesidad de interfaces neuronales de alto rendimiento para controlar las funciones diestras posibles gracias a las prótesis avanzadas de DARPA. El objetivo es proporcionar una interfaz de control intuitiva y de gran ancho de banda para estas extremidades.
Las personas y empresas que exploran la interfaz cerebro-computadora incluyen: Elon Musk , Bill Gates , Mark Zuckerberg , Jeff Bezos , Neuralink, CTRL Labs y Synchron.
Los implantes cerebrales actuales están hechos de una variedad de materiales como tungsteno , silicio , platino - iridio o incluso acero inoxidable . Los futuros implantes cerebrales pueden utilizar materiales más exóticos, como fibras de carbono a nanoescala ( nanotubos ) y policarbonato de uretano . Casi todos los implantes requieren cirugía cerebral abierta, pero, en 2019, una empresa llamada Synchron pudo implantar con éxito una interfaz cerebro-computadora a través de los vasos sanguíneos.
Ha habido una serie de avances en el tratamiento tecnológico de las lesiones de la médula espinal , incluido el uso de implantes que proporcionaron un "puente digital" entre el cerebro y la médula espinal. En un estudio publicado en mayo de 2023 en la revista Nature , investigadores suizos describieron implantes de este tipo que permitían a un hombre de 40 años, paralizado desde las caderas hacia abajo durante 12 años, ponerse de pie, caminar y subir una rampa empinada solo con la ayuda de un caminante. Más de un año después de que le colocaron el implante, conservaba estas capacidades y caminaba con muletas incluso cuando el implante estaba desconectado. [51]
En 1870, Eduard Hitzig y Gustav Fritsch demostraron que la estimulación eléctrica del cerebro de los perros podía producir movimientos. Robert Bartholow demostró que lo mismo sucedía con los humanos en 1874. A principios del siglo XX, Fedor Krause comenzó a mapear sistemáticamente áreas del cerebro humano, utilizando pacientes que habían sido sometidos a cirugía cerebral .
En la década de 1950 se llevaron a cabo investigaciones destacadas. Robert G. Heath experimentó con pacientes mentales, con el objetivo de influir en el estado de ánimo de sus sujetos mediante estimulación eléctrica. [52]
El fisiólogo de la Universidad de Yale, José Delgado, demostró un control limitado del comportamiento de animales y humanos mediante estimulación electrónica. Inventó el stimoceiver o estimulador transdérmico , un dispositivo implantado en el cerebro para transmitir impulsos eléctricos que modifican conductas básicas como la agresión o las sensaciones de placer.
Delgado escribiría más tarde un popular libro sobre control mental, llamado Control Físico de la Mente , donde afirmaba: "la viabilidad del control remoto de actividades en varias especies de animales ha sido demostrada [...] El objetivo final de esta investigación es proporcionar una comprensión de los mecanismos implicados en el control direccional de los animales y proporcionar sistemas prácticos adecuados para la aplicación humana".
En la década de 1950, la CIA también financió investigaciones sobre técnicas de control mental , a través de programas como MKULTRA . Quizás porque recibió financiación para algunas investigaciones a través de la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos , se ha sugerido (pero no probado) que Delgado también recibió respaldo a través de la CIA. Negó esta afirmación en un artículo de 2005 en Scientific American y la describió sólo como una especulación de los teóricos de la conspiración. Afirmó que su investigación sólo tenía una motivación científica progresiva para comprender cómo funciona el cerebro.
La investigación actual se centra en permitir que los pacientes paralizados muevan dispositivos externos a través del pensamiento, así como en facilitar la capacidad de convertir el pensamiento en texto en esta población.
En 2012, un estudio histórico en Nature, dirigido por la pionera Leigh Hochberg , MD, PhD, demostró que dos personas con tetraplejía podían controlar brazos robóticos a través del pensamiento cuando estaban conectados al sistema de interfaz neuronal BrainGate. [53] Los dos participantes pudieron alcanzar y agarrar objetos en un espacio tridimensional, y una participante usó el sistema para servirse café por primera vez desde que quedó paralizada casi 15 años antes.
En octubre de 2020, dos pacientes pudieron controlar de forma inalámbrica un Surface Book 2 con Windows 10 para enviar mensajes de texto, correos electrónicos, compras y operaciones bancarias utilizando el pensamiento directo a través de la interfaz de computadora cerebral Stentrode. [54] Esta fue la primera vez que se implantó una interfaz cerebro-computadora a través de los vasos sanguíneos del paciente, eliminando la necesidad de una cirugía cerebral abierta.
Las cuestiones éticas planteadas incluyen quiénes son buenos candidatos para recibir implantes neuronales y cuáles son los buenos y malos usos de los implantes neuronales. Aunque la estimulación cerebral profunda se está convirtiendo cada vez más en una rutina para los pacientes con enfermedad de Parkinson, puede haber algunos efectos secundarios en el comportamiento. Los informes en la literatura describen la posibilidad de apatía, alucinaciones, juego compulsivo, hipersexualidad, disfunción cognitiva y depresión. Sin embargo, estos pueden ser temporales y estar relacionados con la correcta colocación y calibración del estimulador y, por lo tanto, son potencialmente reversibles. [55]
Algunos transhumanistas , como Ray Kurzweil y Kevin Warwick , ven los implantes cerebrales como parte del siguiente paso de los humanos en el progreso y la evolución , mientras que otros, especialmente los bioconservadores , los ven como antinaturales , y la humanidad está perdiendo cualidades humanas esenciales . Suscita una controversia similar a otras formas de mejora humana . Por ejemplo, se argumenta que los implantes técnicamente convertirían a las personas en organismos cibernéticos ( cyborgs ). También se espera que todas las investigaciones cumplan con la Declaración de Helsinki . Aún más, se aplican las obligaciones legales habituales, como la de informar a la persona que lleva los implantes y que los implantes sean voluntarios, con (muy) pocas excepciones.
Otras preocupaciones tienen que ver con las vulnerabilidades de los implantes neuronales ante el cibercrimen o la vigilancia intrusiva, ya que los implantes neuronales podrían ser pirateados, mal utilizados o mal diseñados. [56]
Sadja afirma que "es importante proteger los pensamientos privados" y no considera una buena idea encargar simplemente al gobierno o a cualquier empresa que los proteja. Walter Glannon, neuroético de la Universidad de Calgary, señala que "existe el riesgo de que los microchips sean pirateados por terceros" y que "esto podría interferir con la intención del usuario de realizar acciones y violar la privacidad al extraer información del chip". [57]
Plantea la necesidad de una legislación aplicable para proteger los derechos humanos y las libertades civiles básicas de los seres humanos cuando es posible y probable el uso indebido y la implantación involuntaria de dispositivos de control mental y dispositivos de castigo, que produzcan descargas eléctricas en el cerebro de personas que no están dispuestas o no a dar su consentimiento. , objetivos involuntarios de enemigos personales y políticos de personas influyentes con poder que no se preocupan por los demás, como psicópatas sociópatas con vínculos militares y altas autorizaciones de seguridad, ya sean enemigos nacionales o extranjeros. Debe figurar en los libros como un delito con castigos significativos e innegables que se puedan hacer cumplir para implantar un dispositivo en los vasos sanguíneos de una persona sin el consentimiento, la voluntad y la documentación legal de la persona para un historial médico adecuado y las necesidades de un dispositivo relevante que afecta el cerebro y puede ser implantado en el vaso sanguíneo de una persona después de dejarla inconsciente y administrarle sustancias para borrar su memoria durante el tiempo antes, durante y después de la implantación ilegal no consensuada de todos los dispositivos pertinentes y apropiados.
Los implantes cerebrales son ahora parte de la cultura moderna, pero hubo primeras referencias filosóficas relevantes que se remontan a René Descartes .
En sus Meditaciones de 1641 , Descartes argumentó que sería imposible saber si todas las experiencias aparentemente reales de uno estaban en realidad producidas por un demonio maligno que intentaba engañar. Un giro moderno al argumento de Descartes lo proporciona el experimento mental del " cerebro en una tina ", que imagina un cerebro, sostenido aparte de su cuerpo en una tina de nutrientes, y conectado a una computadora que es capaz de estimularlo de tal manera. una manera de producir la ilusión de que todo es normal. [58]
La ciencia ficción popular que trata sobre implantes cerebrales y control mental se generalizó en el siglo XX, a menudo con una perspectiva distópica. La literatura de la década de 1970 profundizó en el tema, incluido The Terminal Man de Michael Crichton , donde un hombre con daño cerebral recibe un implante cerebral quirúrgico experimental diseñado para prevenir convulsiones, de las que abusa al provocarlas por placer. Otro ejemplo es la escritura de ciencia ficción de Larry Niven sobre cabezas de alambre en sus historias " Known Space ".
En la novela Michaelmas de Algis Budry de 1976 se ve una visión algo más positiva de los implantes cerebrales utilizados para comunicarse con una computadora como una forma de inteligencia aumentada .
El temor a que el gobierno y el ejército hagan un mal uso de la tecnología es uno de los primeros temas. En la serie de la BBC de 1981 The Nightmare Man, el piloto de un mini submarino de alta tecnología está vinculado a su nave mediante un implante cerebral, pero se convierte en un asesino salvaje después de arrancar el implante.
Quizás la novela más influyente que explora el mundo de los implantes cerebrales fue Neuromante , la novela de William Gibson de 1984 . Esta fue la primera novela de un género que llegó a ser conocido como " cyberpunk ". Sigue a un pirata informático a través de un mundo donde los mercenarios reciben implantes cerebrales para mejorar la fuerza, la visión, la memoria, etc. Gibson acuña el término "matriz" e introduce el concepto de "conectar" con electrodos en la cabeza o implantes directos. También explora posibles aplicaciones de entretenimiento de implantes cerebrales como el "simstim" (estimulación simulada), que es un dispositivo utilizado para grabar y reproducir experiencias.
El trabajo de Gibson provocó una explosión de referencias en la cultura popular a los implantes cerebrales. Sus influencias se sienten, por ejemplo, en el juego de rol Shadowrun de 1989 , que tomó prestado su término "datajack" para describir una interfaz cerebro-computadora. Los implantes en las novelas y cuentos de Gibson formaron la plantilla para la película de 1995 Johnny Mnemonic y, más tarde, The Matrix Trilogy .
La ficción pulp con implantes o implantes cerebrales incluye la serie de novelas Typers , la película Spider-Man 2 , la serie de televisión Earth: Final Conflict y numerosos videojuegos y videojuegos.
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