Controlando tu hogar con el poder del pensamiento
Un mono rhesus (Macaca mulatta) aprendiendo a tocar objetivos que se distribuyen en la Reach Cage. La combinación de análisis de movimiento basados en video y grabaciones cerebrales inalámbricas permite a los científicos estudiar la planificación y ejecución de patrones de movimiento complejos hacia objetivos más allá del alcance inmediato. Crédito: Michael Berger
Caminando por la habitación para encender una luz, una actividad cotidiana tan simple implica cálculos enormemente complejos por parte del cerebro, ya que requiere la interpretación de la escena, el control de la marcha y la planificación de los próximos movimientos, como el movimiento del brazo hacia el Interruptor de luz. Los neurocientíficos del Centro Alemán de Primates (DPZ) – Instituto Leibniz para la Investigación de Primates ahora han investigado en qué áreas del cerebro se codifican los movimientos para alcanzar objetivos distantes que requieren movimientos tanto del brazo como de la marcha, y cómo se planifican los movimientos en el cerebro antes de la ejecución. Para ello, han creado un novedoso entorno experimental, el «Reach Cage». Los primeros resultados con monos rhesus muestran que los objetivos de movimiento distantes, a los que los animales tienen que caminar, se codifican en las mismas áreas del cerebro que los objetivos cercanos, incluso antes de que el animal comience a caminar. Esto significa que los objetivos de movimiento, cerca y lejos del cuerpo, se pueden obtener de las mismas áreas del cerebro sin importar si el objetivo requiere caminar o no. Estos hallazgos podrían aprovecharse para desarrollar interfaces cerebro-máquina que controlen hogares inteligentes. La investigación se publica en eLife.
Nuestro sistema nervioso altamente desarrollado permite secuencias de movimiento versátiles y coordinadas en entornos complejos. Solo notamos el impacto en nuestra vida diaria cuando ya no somos capaces de realizar determinadas acciones, por ejemplo, como consecuencia de una parálisis provocada por un ictus. Un enfoque novedoso para que el paciente vuelva a tener el control serían las interfaces cerebro-computadora que pueden leer las señales del cerebro. Dichas señales se pueden utilizar como señales de control no solo para dispositivos neuroprotésicos, cuyo objetivo es reemplazar directamente la función motora perdida, sino también para cualquier dispositivo computarizado como teléfonos inteligentes, tabletas o una casa inteligente.
El desarrollo de Las interfaces cerebro-computadora se basan en décadas de investigación básica sobre la planificación y el control de los movimientos en la corteza cerebral de humanos y animales, especialmente primates no humanos. Hasta ahora, los científicos realizaron tales experimentos principalmente para investigar la planificación de movimientos controlados de manos y brazos hacia objetivos cercanos al alcance inmediato. Sin embargo, esos experimentos están demasiado limitados para estudiar la planificación de acciones en grandes entornos realistas, como el hogar de una persona. Por ejemplo, encender el interruptor de la luz en la pared opuesta implica diferentes tipos de movimientos superpuestos con la coordinación de múltiples partes del cuerpo.
Un mono rhesus (Macaca mulatta) durante el entrenamiento en Reach Cage. Cuando la lámpara del objetivo se enciende, le indica al mono que toque este objetivo, pero el mono debe esperar hasta que otra luz en la parte posterior de la habitación (frente a él) se apague (señal de inicio). Un sensor en el objetivo correspondiente detecta el toque. Crédito: Karin Tilch
Hasta ahora, las restricciones experimentales impidieron que los científicos estudiaran los circuitos neuronales involucrados en la planificación de acciones durante los movimientos de todo el cuerpo, ya que los animales deben poder moverse libremente durante las grabaciones cerebrales. Observar una combinación de movimientos de caminar y alcanzar, como en el caso de objetivos distantes, requería un entorno experimental completamente nuevo que aún no estaba disponible. La llamada «jaula de alcance» proporciona un entorno de prueba que permite registrar e interpretar el comportamiento del movimiento y vincularlo con la actividad cerebral relacionada mientras los animales pueden moverse libremente en condiciones altamente controladas.
Para el experimento, dos monos rhesus fueron entrenados para tocar objetivos cercanos o distantes de su cuerpo. Para objetivos distantes, se requería un movimiento de caminata para poner el objetivo al alcance. La iluminación de los objetivos individuales indicó a los animales qué objetivo debían tocar. Usando múltiples cámaras de video, los movimientos fueron observados en 3-D con alta precisión temporal y espacial. Se utilizaron los llamados algoritmos de aprendizaje profundo para extraer automáticamente los movimientos de la cabeza, el hombro, el codo y la muñeca en 3D de las imágenes de video. Simultáneamente, se registró la actividad cerebral de forma inalámbrica para que los animales no tuvieran restricciones en sus movimientos en ningún momento. Al medir la actividad de cientos de neuronas de 192 electrodos en tres regiones cerebrales diferentes, ahora es posible sacar conclusiones sobre cómo se planifican y ejecutan los movimientos en paralelo.
Durante el transcurso del entrenamiento, los monos realizaron los movimientos de alcanzar y caminar con mayor confianza y optimizaron su comportamiento para alcanzar una alta precisión incluso cuando los objetivos estaban a una distancia mayor. «En el análisis de video podemos rastrear los movimientos con mucha precisión. Las señales cerebrales registradas de forma inalámbrica son tan precisas y claras que la actividad de las neuronas individuales puede estudiarse y vincularse con el comportamiento», dice Michael Berger.
El Los resultados muestran que las áreas de planificación motora del cerebro procesan información sobre el objetivo de movimientos específicos, incluso si el objetivo está en el otro extremo de la habitación y primero se requiere un movimiento de todo el cuerpo para llegar allí. Alexander Gail, director del Sensoriomotor Group, agrega: «Dicho conocimiento no solo es importante para comprender las deficiencias de los pacientes que tienen dificultades para planificar y coordinar acciones. Los nuevos conocimientos también podrían resultar particularmente útiles al desarrollar interfaces cerebro-computadora para controlar hogares inteligentes cuyos objetivos, como puertas, ventanas o luces, se distribuyen en un entorno complejo».
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Los movimientos planificados y las reacciones espontáneas se procesan de manera diferente en el cerebro Más información: Michael Berger et al. La grabación inalámbrica de monos sin restricciones revela la codificación de objetivos motores más allá del alcance inmediato en la corteza frontoparietal, eLife (2020). DOI: 10.7554/eLife.51322 Información del diario: eLife
Proporcionado por The German Primate Center Cita: Controlling your home with the power of thinking (6 de mayo de 2020) ) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-home-power-thought.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.