Fa només unes dècades, ens hauria semblat propi de la ciència-ficció la possibilitat de connectar el cervell amb un ordinador per convertir els senyals neuronals en accions concretes. Però, durant els últims anys, ja s'han aconseguit alguns avenços científics en aquest sentit, a través de les denominades BCIs (Brain-Computer Interfaces), interfícies que estableixen ponts de comunicació entre el cervell humà i els ordinadors. Un recent estudi de la UPF continua avançant en aquesta direcció i realitza noves aportacions per a perseguir aquesta desitjada fita de la neurociència.

Els resultats d'aquest estudi del Center for Brain and Cognition (CBC) de la UPF centren un article publicat aquest 7 de febrer a la revista neurocientífica eNeuro, titulat "Long-range alpha-synchronisation as control signal for BCI: A feasibility study" i elaborat conjuntament per Martín Esparza-Iaizzo (UPF i University College of London), Salvador Soto-Faraco (UPF i ICREA), Irene Vigué-Guix (UPF), Mireia Torralba Cuello (UPF) i Manuela Ruzzoli (Basque Center on Cognition Brain and Language).

Un dels grans reptes actuals de la neurociència és identificar senyals cerebrals prou robustos per controlar dispositius en temps real. Fins ara, la neurociència sí que ha aconseguit que es puguin controlar dispositius amb la ment utilitzant només l'activitat d'una o diverses regions del cervell. Però encara no ha aconseguit que sigui possible fer-ho a partir de la comunicació i la sincronització de regions diferents del cervell. L'article publicat per Eneuro fa aportacions rellevants per avançar en la consecució d'aquest objectiu.

Analitzada l'activitat cerebral de 10 persones durant tasques d'atenció visoespacial

Aquest estudi parteix de l'anàlisi de l'activitat cerebral de 10 persones durant una tasca d'atenció visoespacial, per al qual s’han realitzat fins a 200 mesuraments per subjecte, i del concepte de lateralitat creuada: el que veiem a la dreta del camp visual es representa en l'hemisferi esquerre del cervell i, a la inversa, el que veiem a l'esquerra es representa en l'hemisferi dret.

Els nivells del senyal cerebral conegut com a banda Alpha disminueixen en l'hemisferi cerebral en el qual es representen les imatges que observem. Els investigadors comparen les variacions dels nivells de banda Alpha amb els platerets d'una balança. És precisament al costat de la balança en què es carrega més pes on els seus platerets baixen en major mesura, mentre que, en al costat amb menys pes, tendeixen cap a amunt. El mateix succeeix amb els nivells de la banda Alpha: és precisament en l'hemisferi del costat on es representen les imatges, on els nivells de la banda Alpha disminueixen més, mentre que pugen en l'hemisferi contrari. Cal tenir en compte que la banda Alpha inhibeix l'excitabilitat de les neurones, de manera que provoca un estat de relaxació de les poblacions neuronals. No és estrany, doncs, que el seu nivell sigui menor en l'hemisferi del cervell que processa les imatges.

També cal tenir en compte que el cervell es divideix en diferents regions que es comuniquen mitjançant la sincronització de les seves fluctuacions neuronals, per exemple en el rang Alpha. Precisament, un dels objectius de la recerca era analitzar si la sincronització de llarg abast de la banda Alpha entre regions cerebrals presenta patrons lateralitzats i així ho han confirmat els autors de l'estudi. Concretament, si atenem la dreta, la comunicació entre la regió frontal i parietal de l'hemisferi esquerre augmenta i, si atenem l'esquerra, augmenta la comunicació entre aquestes mateixes regions en l'hemisferi dret.

Martín Esparza-Iaizzo: “La novetat de l'estudi és que, a diferència dels estudis anteriors, usa mesures de sincronia entre àrees parietals i frontals a nivell de cada intent individual, no en dades agregades”

Fins al moment, els senyals de la banda Alpha amb els quals es comuniquen les regions frontal i parietal del cervell únicament es poden captar per complet a través de l'agregació de dades de diferents mesuraments i no a través d'un únic intent. Per això, un altre dels objectius de l'estudi era precisament examinar com captar aquests patrons neuronals a un nivell de prova únic, la qual cosa permetria generar un senyal de control per activar dispositius a través d'interfícies BCI a temps real.

Per aconseguir aquest objectiu, l'investigador principal Martín Esparza-Iaizzo exposa que el seu estudi fa aportacions des del punt de vista metodològic: “La novetat de l'estudi és que, a diferència dels estudis anteriors, utilitza mesures de sincronia entre àrees parietals i frontals a nivell de cada intent individual, no amb dades agregades”. Això no obstant, adverteix que s'han constatat les limitacions de les electroencefalografies actuals per a aconseguir aquest objectiu: “L'encefalografia actual presenta limitacions quant a resolució espacial i quant a soroll, per la respiració, l'activitat cardíaca…”.

Martín Esparza-Iaizzo considera que la nova metodologia per a mesurar els senyals cerebrals que planteja la recerca constitueix un nou “paradigma per a futurs intents”

Això no obstant, les troballes d'aquesta recerca constitueixen una bona base per a futures recerques. En aquest sentit, Esparza-Iaizzo conclou: ”El que el nostre estudi presenta és una bona metodologia per demostrar que, en efecte, de moment, la sincronia no es pot dur al món dels sistemes amb funcionament en temps real. Esperem que serveixi com a paradigma per a futurs intents.”

Article de referència:

"Long-range alpha-synchronisation as control signal for BCI: A feasibility study"
Martín Esparza-Iaizzo, Irene Vigué-Guix, Manuela Ruzzoli, Mireia Torralba i Salvador Soto-Faraco
eNeuro 7 de febrer de 2023, ENEURO.0203-22.2023; DOI: https://doi.org/10.1523/ENEURO.0203-22.2023