Interfaz cerebro-computadora – la nueva tecnología en aumento

Publicado en Sinápticas.
Léelo completo en su sitio: https://sinapticas.com/2018/12/10/interfaz-cerebro-computadora-la-nueva-tecnologia-en-aumento/

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Leandro Castelluccio

(Imagen de portada tomada de: link)

Una interfaz cerebro-computadora o ICC es una vía de comunicación directa entre un cerebro mejorado o conectado y un dispositivo externo. Estos pueden ser invasivos en forma de electrodos implantados directamente en el cerebro o no invasivos a través de un EEG, por ejemplo, que lee las ondas cerebrales eléctricas en nuestro cuero cabelludo que se traducen en comandos que ejecuta un hardware y software externo.

Puede ver el siguiente video para una introducción sobre el tema: link

Como se muestra en el video, la ICC se puede utilizar para una variedad de cosas, como ayudar a las personas con discapacidades físicas a adaptarse mejor mediante el uso de una mano robótica controlada por la mente, o usa la ICC en juegos para ejecutar diferentes comandos, o para controlar otro hardware externo, como un avión no tripulado (consulte el siguiente video).

Aparte de estos ejemplos, la tecnología permite muchas aplicaciones en diferentes campos que aún no se han explorado.

Un desarrollo reciente en ICCha sido la creación de dispositivos EEG portátiles que se conectan a una computadora, tableta o teléfono inteligente a través de Bluetooth, como el que se vio en el video anterior, que realmente puede expandir el desarrollo de aplicaciones dada esta conectividad, como también el bajo costo que presentan, sumado a las cualidades no invasivas del dispositivo.

(Ejemplo de dispositivos EEG portátiles, de izquierda a derecha: EmotivInsight, NeuroskyMuse)

Uno de los elementos básicos del funcionamiento del cerebro reside en la sinapsis. Este es el punto donde las señales eléctricas de una neurona generan efectos eléctricos en otra. El inicio de un potencial de acción, por ejemplo, el que permite transmitir impulsos nerviosos y que es la base del funcionamiento cerebral a nivel de la neurona, requiere la apertura de canales de iones de sodio en el montículo del axón de la neurona. En este nivel, los fenómenos dependen de las propiedades físicas y químicas y de las características de las estructuras biológicas en juego. Para desencadenar un potencial de acción, se debe superar un cierto umbral de activación gracias a la acción de potenciales graduados que se agregan temporal y espacialmente, proporcionados por las conexiones con otras neuronas. Para que la actividad ocurra en estas últimas, deben ocurrir los mismos fenómenos (Kandel, Schwartz, & Jessel, 2001). Estos dispositivos EEG explotan esta propiedad eléctrica del cerebro. Las neuronas emiten señales eléctricas, que implica que el potencial (voltaje) a través de sus membranas celulares cambia cuando los canales de la membrana se abren y los iones bajan sus gradientes electroquímicos.

Sinapsis(imagen tomada de:link)

Existen diferentes formas de medir la actividad cerebral, todas pueden clasificarse según la resolución temporal, la resolución espacial y la invasividad:

(Figura adaptada de Churchland & Sejnowski, 1988)

El método clásico de monitoreo electrofisiológico registra la actividad eléctrica del cerebro, que es principalmente no invasivo, con electrodos colocados a lo largo del cuero cabelludo, aunque a veces se usan electrodos invasivos, como en la electrocorticografía. Asociados al uso de EEG, tenemos potenciales relacionados con eventos que investigan las fluctuaciones potenciales, el tiempo bloqueado a un evento como el inicio de estímulo o la pulsación de un botón. Además, el contenido espectral de EEG, que analiza el tipo de oscilaciones neuronales (popularmente llamadas “ondas cerebrales”) que se pueden observar en las señales de EEG en el dominio de la frecuencia.

El EEG refleja la actividad neural a gran escala, produciendo pequeños dipolos eléctricos que se transducen a través del cráneo. Sin embargo, esta actividad eléctrica es increíblemente pequeña y debe ser amplificada miles de veces.

Además del uso en investigación, el EEG se usa generalmente en contextos clínicos para aplicaciones de diagnóstico, como en el caso de la epilepsia, que causa anomalías en las lecturas de EEG. También en trastornos del sueño, profundidad de la anestesia, coma, encefalopatías y muerte cerebral. También es un método de diagnóstico de primera línea para tumores, accidentes cerebrovasculares y otros trastornos cerebrales focales, pero este uso ha disminuido con el advenimiento de las técnicas de imagen anatómica de alta resolución, como la resonancia magnética (RM) y la tomografía computarizada (TC).

A pesar de la resolución espacial limitada, el EEG sigue siendo una herramienta valiosa para la investigación y el diagnóstico. Es una de las pocas técnicas móviles disponibles y ofrece una resolución temporal de milisegundos que no es posible con TC, PET o RM. Los derivados de la técnica de EEG, como los potenciales evocados (PE), son útiles, lo que implica promediar el tiempo de la actividad del EEG con la presentación de un estímulo de algún tipo (visual, somatosensorial o auditivo). Los potenciales relacionados con eventos (ERP en inglés), por otro lado, se refieren a las respuestas promediadas del EEG que están limitadas en el tiempo a un procesamiento más complejo de los estímulos; esta técnica se utiliza en ciencia cognitiva, psicología cognitiva e investigación psicofisiológica. Los ERP se pueden recopilar a lo largo de la vida. Esto tiene implicaciones para obtener mediciones tempranas y objetivas en lugar de tardías y subjetivas de sensibilidad sensorial y cognitiva. Los participantes no tienen que estar escuchando activamente, por ejemplo, para grabar un ERP auditivo significativo. Esto tiene implicaciones para evaluar la actividad neuronal en el cerebro en reposo, el coma y otros estados similares. Los ERP auditivos (y visuales) también pueden evaluarse bajo diferentes condiciones de carga de tareas e intención. Esto podría ayudarnos a descubrir los procesos de memoria y atención. 

Los nuevos dispositivos portátiles suelen tener menos electrodos, pero tienen la ventaja de una configuración rápida, sin la necesidad de usar geles y estar en un laboratorio, son mucho más baratos, se pueden usar en diferentes escenarios y se conectan de forma inalámbrica a una computadora, por ejemplo. Algunos de estos dispositivos, como mencionamos anteriormente, son el EmotivNeuroskyMuse. El dispositivo de Muse, por ejemplo, se vende como una herramienta de meditación junto con una aplicación móvil que proporciona una retroalimentación auditiva del estado de ánimo de una persona, lo que nos da indicaciones de cuándo estamos tranquilos o mentalmente dispersos y más ansiosos.

(Un hombre usando Muse para meditación, imagen tomada de link)

Tras una revisión de la literatura académica reciente sobre el tema, se pueden encontrar múltiples estudios que validen el uso de los EEG portátil para diversos propósitos. Los avances recientes en el área incluyen la creación de Neuralink, una firma de electrodos cerebrales creada por el empresario Elon Musk, que busca desarrollar ICC. Además, Facebook ha comenzado recientemente a desarrollar en el área, centrándose en ICC para mecanografía y audición con la piel.Un área que está experimentando con ICC es la realidad virtual (RV), donde las personas están trabajando para controlar escenarios de RV con la mente. La precisión de estos dispositivos está creciendo, hasta el punto de que el EEG de bajo costo ahora se puede usar para reconstruir imágenes de lo que se ve.

Referencias

Churchland, P. S., & Sejnowski, T. J. (1988). Perspectives on cognitive neuroscience. Science242(4879), 741-745.

Kandel, E. R, Schwartz, J. H. & Jessel,T. M.(2001). Principios de Neurociencia. Madrid: McGraw-Hill.

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CALENDARIO 2019: HITOS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA EN AMÉRICA LATINA

Publicado en Revista Persea .
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Alexandra De Castro Adquiere nuestro calendario 2019: Hitos de Ciencia y Tecnología en América Latina en este enlace.  Parte de las ganancias por las ventas serán donadas a asociaciones que promuevan la ciencia en América Latina. Prólogo a los textos Los países de América Latina han sido testigos del desarrollo de diversas disciplinas de la…

MINERÍA ILEGAL: EL MOTOR DETRÁS DE LA EPIDEMIA DE MALARIA EN VENEZUELA

Publicado en Revista Persea .
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Juan Carlos Gabaldón   En Venezuela, los casos de malaria se han incrementado entre un 50 y un 75 % por año, coincidiendo con el deterioro de la economía y el auge de la “fiebre del oro” en el sur del país. De acuerdo al reporte mundial de la malaria 2018, publicado por la Organización…

El Clínicas tendrá el primer microscopio de dos fotones del país

Publicado en SobreCiencia.
Léelo completo en su sitio: https://www.sobreciencia.uy/el-clinicas-tendra-el-primer-microscopio-de-dos-fotones-del-pais/

Se trata de una tecnología que permite profundizar la investigación biomédica.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Leonel Malacrida trabaja en California en el desarrollo de herramientas asociadas a la microscopía de fluorescencias. Es oriundo de Santa Lucía (Canelones), algo que manifiesta con orgullo por ser el pueblo donde vive toda su familia y donde nació y creció Clemente Estable.

Actualmente está trabajando en la Universidad de California en la ciudad de Irvine, en el laboratorio para dinámica de fluorescencias (Laboratory for Fluorescence Dynamics).

El científico contó a SobreCiencia que en dicho laboratorio, comandado por el Dr. Enrico Gratton, trabajan para responder preguntas concretas de biología que van desde la oncología pasando por los fundamentos básicos de funcionamiento celular, hasta patologías neurodegenerativas, etc.

Malacrida explicó la diferencia que hay entre la microscopía de fluorescencia y la microscopía común: “La fluorescencia es un proceso en el cual algunas moléculas o sustancias tienen la capacidad de absorber luz y luego de eso, lleva un proceso en el tiempo que permite emitir esa luz con cierto retardo y con cierto cambio espectral. Ese tiempo en que dicha molécula está en estado excitado, nos permite estudiar cosas que pasan con esas moléculas, como por ejemplo con quién está interaccionando, si están rotando, etc. Ese tiempo es de nanosegundos. Y ese pequeño lapso nos permite estudiar procesos que pasan dentro de la célula, algo extremadamente útil para hacer preguntas concretas y cuantitativas de la biología. Comparando con la microscopía óptica, lo interesante de la fluorescencia es que uno puede marcar algo en particular, uno puede estudiar una molécula objetivo, y en base a eso, aislar que le está pasando solo a una determinada molécula en el contexto de una célula”, detalló.

Malacrida anunció a SobreCiencia que la Comisión Sectorial de Investigación Científica (CSIC), financió su proyecto dentro del “Programa de Fortalecimiento del equipamiento de investigación en los servicios de la Universidad de la República”.

Esta financiación, permitirá que el Hospital de Clínicas cuente con el primer microscopio de dos fotones con resolución de tiempo de vida (FLIM-FCS), una tecnología que hasta el momento no existe en Uruguay.

Este microscopio va a ser útil para medir los estados metabólicos celulares, en células aisladas o en tejidos. (…) El proyecto de armar un microscopio no solo cambia el paradigma en Uruguay de adquirir tecnología, sino que tenemos la oportunidad de pensar qué tecnología queremos y armarla por nuestra cuenta, algo que tiene sus desafíos, pero también sus ventajas económicas. Armar un instrumento de estas características cuesta más o menos lo que financia CSIC, en el entorno de los cien mil dólares; pero si uno fuera a comprar un microscopio similar, podría valer medio millón de dólares”, puntualizó.

El proyecto fue aprobado recientemente y, tras la compra de las partes, se espera que el equipo esté armado y funcionando en la primera mitad del próximo año.

Texto: Alexandra Perrone

Entrevista: Gustavo Villa


Un astroanuta realizando un paseo espacial visto desde tierra

Publicado en zemiorka.
Léelo completo en su sitio: http://zemiorka.blogspot.com/2018/12/un-astroanuta-realizando-un-paseo.html

 Hacía tiempo que no teníamos noticias de Thierry Legault, astrónomo aficionado y fotógrafo francés, que ha captado una enorme cantidad de eventos espaciales con su telescopio portátil. Las imágenes de la Estación Espacial Internacional (EEI) y otras misiones espaciales captadas desde el fondo de su jardín son tan conocidas como fascinantes. Este video publicado hace unos días es toda una joyita, y llama la atención por varias razones. En primer lugar es bastante añejo, data del 28 de febrero de 2011. En esos años los transbordadores espaciales de la NASA estaban aún activos. En este caso se trataba del transbordador espacial Discovery, que realizaba su última misión espacial, la STS-133
 En ocasión de la misma la EEI conformó la mayor estructura espacial de la historia, ya que además del Discovery estaban acopladas los transbordadores de carga ATV-2 Johannes Kepler de la ESA, HTV2 Kuonotori japonés y la nave de carga rusa Progress M-09M. Además había nos naves Soyuz acopladas: la TMA-20 y la TMA-01M. Es decir estaban todos los puertos de acoplamiento ocupados por todas las naves de carga y tripuladas disponibles en ese momento. Todo un récord. 
 Pero este video tiene mas para contarnos. Se trata del primer registro en 3D de la EEI, de manera que recomiendo enfáticamente mirar el mismo con los lentes de rigor. Es además el primer registro desde tierra de un ser humano realizando una actividad extravehicular (EVA). El único actor de este video es el astronauta de la NASA Steve Bowen quien junto con Alvin Drew salieron al espacio aquel 28 de febrero de 2011. La distancia que separaba el telescopio del astronauta era de unos 360km. La EVA se realizó para realizar conexiones eléctricas entre los módulos Unity y Tranquility de la estación espacial y se realizó sin novedad hasta hoy día en el que podemos publicar este extraordinario documento.
 Tanto por su factura técnica y por los eventos registrados se trata de uno de los más interesantes videos que involucran a la EEI. Si a esto le sumamos el más reciente registro del lanzamiento de un Soyuz desde la EEI, estamos asistiendo a toda una nueva era de imágenes espaciales realmente impensables hasta hace un tiempo.