Victoria Peterson lidera en el Imal (Conicet-UNL) un equipo que creó una interfaz cerebro-computadora basada en inteligencia artificial que traduce la actividad cerebral en movimientos dentro de un videojuego, sin que el paciente mueva la mano. El proyecto, desarrollado íntegramente en Santa Fe, avanza hacia una evaluación clínica con el Instituto Fleni.
En el Instituto de Matemática Aplicada del Litoral (Imal), ubicado en el predio del Conicet sobre la ruta nacional 168, la ingeniera biomédica Victoria Peterson prueba una tecnología que, a primera vista, parece un videojuego. Un voluntario, conectado a una computadora mediante una gorra con electrodos, realiza una sincronización y luego comienza el desafío: en la pantalla una mano virtual abre y cierra los dedos, toma una moneda y suma puntos. Su mano real permanece inmóvil, pero el movimiento ocurre porque el participante lo imagina, la computadora interpreta las señales eléctricas del cerebro y las convierte en órdenes digitales.
Peterson lidera en el Imal (Conicet-UNL) un equipo que creó una tecnología basada en inteligencia artificial capaz de traducir la actividad cerebral en movimientos dentro de un videojuego, sin que el paciente necesite mover la mano. El proyecto, desarrollado íntegramente en Santa Fe, avanza ahora hacia una evaluación clínica en colaboración con el Instituto Fleni.
La científica, de 38 años, es investigadora adjunta del Conicet, asociada del Instituto Fleni y conduce un equipo interdisciplinario de 12 personas. Realizó investigaciones en Suiza, pasó por el Massachusetts General Hospital y la Escuela de Medicina de Harvard, en Estados Unidos, y estuvo en Berlín el año pasado. “Comenzamos tres y hoy ya somos un grupo más grande de distintas disciplinas que trabajamos en dos líneas de investigación”, indicó.
El desarrollo, denominado Coar.BCI, es una interfaz cerebro-computadora diseñada para contribuir a la neurorrehabilitación de personas que sufrieron un accidente cerebrovascular (ACV) y quedaron con dificultades para controlar sus movimientos. Ya completó las pruebas con voluntarios sanos y ahora avanza hacia una nueva etapa: evaluar su factibilidad en pacientes, mediante un convenio con el Instituto Fleni.
Cómo funciona
La gorra que utiliza el voluntario tiene electrodos que registran la actividad eléctrica cerebral mediante electroencefalografía de superficie. Esa información llega a un algoritmo que la procesa con herramientas de inteligencia artificial y la transforma en comandos que la computadora puede interpretar. Antes de comenzar, cada participante atraviesa una instancia de calibración en la que se registran señales cerebrales mientras imagina dos acciones: abrir y cerrar la mano, y permanecer en estado de relajación. Con esos datos se construye un modelo específico para esa persona.
Peterson explicó que el algoritmo desarrollado en 2021 tiene la capacidad de adaptarse rápidamente. “Generalmente los desarrollos tecnológicos que hay en el mundo requieren calibraciones largas. Nosotros desarrollamos este algoritmo en 2021, que tiene la capacidad de rápidamente adaptarse”, destacó. Además, el sistema incorpora el concepto de coadaptación: no solo la computadora aprende a interpretar el cerebro de una persona, sino que esa persona aprende a comunicarse con el sistema. “No es solo el algoritmo de inteligencia artificial haciendo todo el esfuerzo, sino también es la persona entendiendo: capaz que si hago esto, es mejor que esto otro. Así la comunicación es coadaptativa”, describió.
El videojuego, desarrollado a partir de tesis de maestría y de grado, muestra manos virtuales en primera persona, como si fueran las propias extremidades del jugador. Hay una mesa que ayuda a generar esa percepción y monedas que debe recoger para sumar puntaje. “No está moviendo la mano, pero lo está controlando. Esto no es una simulación, es real e incluso algunas personas nos dicen que logran tener sensación en la mano”, aclaró.
Fundamento neurocientífico
Peterson recurrió a conceptos de neurociencia para explicar cómo imaginar un movimiento puede ayudar a recuperar una función motora perdida. Mencionó el “aprendizaje hebbiano”, vinculado con la sincronización de las neuronas y la formación de circuitos neuronales, y la “plasticidad cerebral”, la capacidad del cerebro de reorganizarse y generar nuevas conexiones. “Si vos tenés un daño en una zona cortical, esas neuronas quizá ya no puedan ser reclutadas para el control voluntario de la mano, pero sí otras. Y eso es la plasticidad”, señaló.
En una rehabilitación convencional, el fisioterapeuta intenta que el paciente realice movimientos, por ejemplo, abriendo y cerrando la mano, o utilizando elementos que requieren ejercer fuerza. Pero hay personas que no pueden hacerlo o les implica fatiga o dolor. Algunos pacientes que integran la población que se busca estudiar en Fleni presentan una pérdida de movilidad tan importante que sus miembros están prácticamente flácidos. “Hay pacientes en los que no hay rehabilitación posible de esa manera”, indicó. La interfaz propone otra puerta de entrada: “En esta intención de control, vos inmediatamente le mostrás que esa mano se mueve y hay una especie de propiocepción de eso. Cerrás el circuito. Y ese cierre genera una retroalimentación positiva”, describió Peterson.
Origen del proyecto
La idea comenzó en 2017, cuando Peterson obtuvo una beca para viajar durante seis meses a Suiza, donde trabajó con registros reales de actividad cerebral y equipamiento al que no tenía acceso en Argentina. Hasta entonces, su investigación se centraba en el desarrollo de algoritmos para interfaces cerebro-computadora. En Suiza avanzó en la decodificación de la imaginería motora, la actividad cerebral que se produce cuando una persona imagina un movimiento sin ejecutarlo físicamente. En apenas seis meses desarrolló un algoritmo y logró probarlo en tiempo real con voluntarios sanos y dos pacientes. “Cuando lo pruebo con un paciente, para mí era una locura, porque jamás imaginé que yo iba a poder hacer eso”, recordó.
Regresó a fines de 2017 y se doctoró en 2018. Fue entonces cuando empezó a imaginar que aquella experiencia podía convertirse en algo más que un desarrollo científico. “Yo digo que fue como una visión, fue un sueño y después ya una obsesión. Me di cuenta de que no quería que el algoritmo que yo desarrollé quedara en un paper, en mi computadora o en un repositorio. Yo quería que se aplique”, contó.
El primer obstáculo fue económico: los equipos necesarios para registrar la actividad cerebral podían costar alrededor de 30.000 dólares. “Yo decía: bueno, a ver, lo quiero hacer en Argentina, no estoy en Suiza”, indicó. La oportunidad llegó en 2020, cuando obtuvo el apoyo de la empresa OpenBCI, que donó equipamiento para avanzar con las pruebas. El grupo pudo realizar un primer estudio de factibilidad, comprobar que con una tecnología de no más de 6.000 dólares se puede hacer y publicar los resultados.
Luego vino otro desafío: conseguir que el algoritmo pudiera utilizarse durante varias jornadas y no solamente en una sesión. Para eso desarrollaron herramientas matemáticas que permiten adaptar el sistema a los cambios que pueden producirse en las señales cerebrales de una misma persona a lo largo de 10 días. También decidieron dejar atrás los protocolos tradicionales, en los que el participante recibe instrucciones mediante flechas o indicaciones abstractas, y diseñar un entorno propio de interacción tipo videojuego.
En 2022 Peterson regresó de una estancia postdoctoral de 14 meses en Boston, en el Massachusetts General Hospital y Harvard Medical School. Volvió con una convicción: necesitaban desarrollar un software propio que integrara todos los componentes y no dependiera de programas de terceros. El crecimiento también fue posible gracias al Dr. Rubén Spies, que la cobijó en el Imal; al Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; y a proyectos de financiamiento y vinculación tecnológica, entre ellos los impulsados por la Secretaría de Ciencia de la provincia. También a las colaboradoras actuales Solange Gualpa, Catalina María Galván, María Florencia Coldeira, y a las anteriores Paula Saavedra y Denise Nigro.
Próxima etapa clínica
La colaboración con el Instituto Fleni comenzó a gestarse en 2019. “Yo empecé pagándome los pasajes de mi bolsillo”, recordó Peterson. El trabajo implicó convenios, reuniones entre los equipos, la definición de criterios de inclusión de pacientes, la elaboración de un protocolo de investigación y su aprobación por los comités de bioética correspondientes. También hubo capacitaciones presenciales en Fleni para que los profesionales pudieran aprender a utilizar el equipamiento, colocar los electrodos y tomar los registros.
“Básicamente, queremos trasladar la neurotecnología al entorno clínico real de aplicación”, explicó Peterson. El protocolo ya está aprobado y registrado. Ahora esperan incorporar pacientes que cumplan con los requisitos establecidos. En esta primera etapa buscan personas que hayan sufrido un ACV en el hemisferio izquierdo, de hasta 65 años y que conserven determinadas capacidades cognitivas para comprender las instrucciones y realizar la actividad.
“Mi deseo, incluso, es el día de mañana la gente lo pueda usar hasta en su casa, porque creo fuertemente que la calidad de vida le puede cambiar a estas personas por este uso”, destacó.