Una guía sobre dispositivos de interfaces cerebro-computadora

Gracias a proyectos de alto perfil como Neuralink de Elon Musk, las interfaces cerebro-computadora (BCI) han atraído la atención mundial en los últimos años. Sin embargo, podría sorprenderte saber que la tecnología BCI ha estado presente durante más de cuatro décadas y que no necesitas cirugía para crear tus propios proyectos "controlados por la mente".

EMOTIV debutó en 2011, presentando su primer auricular EEG inalámbrico como un dispositivo BCI revolucionario para juegos. Desde entonces, la tecnología ha avanzado significativamente junto con algoritmos de aprendizaje automático y sensores de ondas cerebrales mejorados. Hoy en día, los entusiastas de BCI aún recurren a EMOTIV para satisfacer sus necesidades de proyectos de interfaces cerebro-computadora.

Ya seas un principiante o un profesional experimentado, el mundo de BCI ofrece oportunidades emocionantes para la innovación y el descubrimiento. Aquí tienes una guía sobre dispositivos de interfaces cerebro-computadora para ayudarte a entender y acceder a este fascinante mundo.

Entendiendo la Tecnología de Interfaces Cerebro-Computadora

La tecnología de interfaz cerebro-computadora (BCI) permite la comunicación directa entre el cerebro y dispositivos externos. Según la definición técnica, cualquier dispositivo que lea señales cerebrales es una BCI. Más recientemente, el término se ha utilizado principalmente para describir las BCI que te permiten “controlar con la mente” dispositivos. La misma tecnología que ayuda a entender la función cerebral puede traducir señales cerebrales en comandos para diversas tareas, incluyendo controlar el cursor de una computadora, mover extremidades protésicas y crear experiencias de juego interactivas. La tecnología BCI está ofreciendo nueva esperanza a quienes no pueden usar sus extremidades, además de innovadores y aficionados capacitados en todas partes.

Dado que “BCI” se ha convertido en una palabra de moda en el zeitgeist, es importante distinguir entre los tipos de dispositivos de interfaz cerebro-computadora para aliviar la confusión y permitir que los consumidores e instituciones elijan el dispositivo BCI adecuado para ellos.

Dispositivos BCI: Cirugía vs. Auricular

Actualmente existen dos tipos distintos de dispositivos de interfaz cerebro-computadora; aquellos implantados en el cerebro y aquellos que leen señales cerebrales desde el cuero cabelludo (Fig. 1). Aquí están las diferencias.

Figura 1. Clasificación de tecnologías de adquisición de señales BCI. (a) es el diagrama de clasificación de la dimensión de cirugía, que incluye tres niveles: no invasivo, mínimamente invasivo e invasivo. (b) muestra el diagrama de clasificación de la dimensión de detección, que incluye tres niveles: no implantación, intervención e implantación. [1]

Intracraneal (Invasivo)

La electroencefalografía intracraneal (iEEG) implanta electrodos directamente dentro de la cabeza de una persona. Esto permite a los médicos obtener una señal electrónica clara para investigación, detección y tratamiento. Los implantes cerebrales pueden leer datos, estimular el cerebro o ambos. Sus usos incluyen, pero no se limitan a, evaluar convulsiones epilépticas [2], tratar enfermedades mentales [3], sortear la parálisis, habilitar la conversión de pensamiento a texto o voz (Fig. 2) e incluso la restauración de la visión [4][5]. 

La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. define los dispositivos BCI implantados como “neuroprótesis que se conectan con el sistema nervioso central o peripheral para restaurar capacidades motoras y/o sensoriales perdidas en pacientes con parálisis o amputación” [6].

Figura 2. Casey Harrell, que sufre de ELA, vuelve a hablar con la ayuda de un implante BCI a través del ensayo clínico BrainGate. (Crédito: Regentes de UC)

Intracraneal (Mínimamente invasivo)

Los investigadores han experimentado con métodos menos invasivos para leer información directa del cerebro. Un método es endovascular (Fig. 3), enviando electrodos al cerebro a través de un stent por los vasos sanguíneos [7][8].

Otro método se llama electrocorticografía (ECoG), que requiere la colocación quirúrgica de electrodos debajo del cráneo, ya sea debajo de la dura mater (ECoG subdural) o fuera de la dura mater (ECoG epidural). El procedimiento es invasivo, pero menos que los implantes BCI tradicionales [9].

Figura 3. A, Esquema de la interfaz cerebro-computadora (BCI) completamente implantada. Un dispositivo con electrodos se implanta en el vaso sanguíneo del seno sagital superior (inserción) y se conecta a una unidad transmisora receptora implantable (IRTU) en el bolsillo subcutáneo. IRTU se comunica con una unidad de telemetría receptora externa (ERTU), que retransmite señales a una unidad de control de señales para controlar una computadora portátil o tablet. B, BCI con un rastreador ocular para control de computadora. El seguimiento ocular se usa para mover el cursor, y la BCI se usa para hacer clic. C, BCI sin seguimiento ocular para control de computadora. Un escáner de elementos destaca los elementos en secuencia, y la BCI se usa para hacer clic en un elemento cuando se destaca [7].

BCI No Invasivo (Auriculares EEG)

Figura 4. John participa en BCI4Kids, un programa que ayuda a niños con discapacidades a interactuar con su entorno utilizando interfaces cerebro-computadora. Puedes ver la obra de arte impulsada por el cerebro de John AQUÍ.

Los dispositivos BCI no invasivos utilizan electrodos para leer señales eléctricas a través del cuero cabelludo de una persona. Este proceso tradicionalmente ha estado limitado a un entorno de laboratorio, pero la llegada de dispositivos EEG de grado de investigación inalámbricos ha permitido lecturas precisas de ondas cerebrales en cualquier lugar (Fig. 4).

Actualmente, hay docenas de auriculares BCI no invasivos en el mercado, muchos de los cuales están diseñados con un solo propósito en mente, como monitoreo del sueño o de la atención. Los precios pueden variar desde unos pocos cientos de dólares hasta cientos de miles. EMOTIV ofrece la gama de dispositivos BCI inalámbricos más versátil y asequible, que van desde dos sensores hasta 32, utilizados por neurocientíficos, estudiantes, educadores, innovadores, jugadores, aficionados y artistas de todo el mundo. 

Según una auditoría de 2022 de artículos revisados por pares [10], EMOTIV es el dispositivo EEG de consumo más utilizado (67.69%) para investigación científica. Los investigadores confían en EMOTIV por su rendimiento validado científicamente, su asequibilidad en comparación con el equipo de laboratorio EEG tradicional y su versatilidad. El mismo auricular EMOTIV utilizado en un laboratorio universitario para realizar investigaciones pioneras sobre el cerebro humano puede compartirse con el departamento de música para una actuación BCI, luego pasarse al departamento de psicología para aprendizaje práctico, y compartirse con un club estudiantil de BCI para competir con drones controlados por el cerebro. 

Dispositivos BCI EMOTIV

En EMOTIV, tenemos dispositivos BCI inalámbricos para principiantes y usuarios experimentados por igual.

Arriba: Una silla de ruedas es controlada usando EMOTIV FLEX como dispositivo BCI [11].

Arriba: Un estudiante usa EPOC X y placa de Arduino para controlar un brazo robótico. (Fuente: Matt Su)

Arriba: Un estudiante de la Universidad de Florida usa un dispositivo BCI EMOTIV Insight para controlar un dron. (Fuente)

Figura 5. El jugador de Twitch Perrikaryal usa con éxito un dispositivo portátil EMOTIV MN8 de 2 canales para controlar un juego de Halo con BCI.

Comenzando con tu Proyecto BCI

¿Cómo uso BCI?

Necesitas cinco elementos básicos para comenzar tu proyecto BCI.

1. Un objetivo claro

2. Dispositivo de adquisición de señales, como un auricular EEG de EMOTIV

3. Software de procesamiento de señales, como EmotivBCI.

4. Comandos BCI asignados (se requiere algo de experiencia en codificación)

5. Acceso al dispositivo que deseas controlar a través de SDK, placa de Arduino, etc.

6. Un dispositivo que reciba comandos BCI

Elegir los Dispositivos BCI Adecuados

Seleccionar el dispositivo BCI adecuado es crucial para el éxito de tu proyecto. Aquí hay algunas consideraciones clave:

Facilidad de Uso: Busca un dispositivo que sea fácil de usar y configurar, especialmente si eres principiante. Los dispositivos BCI de EMOTIV se configuran en minutos con sensores secos, semi-secos y salinos.

1. Funcionalidad: Asegúrate de que el dispositivo ofrezca las características y capacidades necesarias para tu proyecto específico. Los auriculares EMOTIV son capaces de detectar toda la actividad cerebral, pero como regla general, BCI funciona mejor con más sensores. Con esa lógica, EMOTIV FLEX utiliza hasta 32 sensores para maximizar la detección cerebral, pero nuestros usuarios suelen encontrar que EPOC X o Insight son más que adecuados para sus proyectos e investigaciones BCI. Los dispositivos de brainwear MN8, mientras tanto, son perfectos para el desarrollo de aplicaciones móviles BCI.

2. Ubicación de los Sensores: Al seleccionar un auricular EEG, considera dónde están ubicados los sensores y cómo eso afecta tus necesidades. Por ejemplo, algunos dispositivos BCI en el mercado tienen solo un sensor o múltiples sensores ubicados solo en la parte posterior de la cabeza. 

3. Sensores Húmedos vs. Secos: Considera la comodidad y la calidad de la señal al seleccionar un dispositivo BCI, especialmente si planeas usarlo durante largos períodos de tiempo. Los sensores salinos son más cómodos que los de gel, los sensores semi-secos son más fáciles de usar que los salinos, y los sensores secos son los más convenientes de usar. Compara la calidad de la señal de los dispositivos EMOTIV.

4. Compatibilidad: Elige un dispositivo que se integre bien con tus herramientas de software y hardware existentes. Si deseas integrar BCI en un sistema existente (drones, Spotify, Internet de las cosas, etc.), asegúrate de tener acceso a SDK y API.

5. Soporte: Elige un dispositivo de una empresa que ofrezca un buen soporte y tenga una comunidad de usuarios activa. EMOTIV ofrece una amplia Base de Conocimientos y soporte al cliente.

6. Datos y Privacidad: Tu privacidad neural es importante. Por eso, desde el primer día, EMOTIV ha diseñado su recolección de datos EEG con la privacidad en mente. Consulta cómo EMOTIV protege tus datos cerebrales.

Conclusión

Iniciar un proyecto BCI es una emocionante aventura que ofrece un enorme potencial para la innovación y el impacto. Ya seas principiante o un profesional experimentado, EMOTIV proporciona las herramientas y el apoyo que necesitas para tener éxito. Con el dispositivo BCI adecuado y una visión clara, puedes desbloquear nuevas posibilidades.

Descubre los dispositivos y recursos BCI de EMOTIV hoy para comenzar a trabajar en tu proyecto BCI. Únete a la comunidad de innovadores e investigadores que están dando forma al futuro de la interacción humano-tecnología con tecnología BCI.

Únete a nuestra Comunidad de Desarrolladores

¡Comparte tus Proyectos BCI con nosotros! Etiqueta #EMOTIV en las redes sociales o envía un correo electrónico a hello@emotiv.com.

¿Necesitas más ayuda? CONTÁCTANOS

Referencias

1. Y. Sun et al., “Adquisición de señales de interfaces cerebro-computadora: una revisión de perspectiva crossover médica-ingenería,” Investigación Fundamental, abr. 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. Disponible: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, y F. Rosenow, “La historia de la evaluación EEG invasiva en pacientes con epilepsia,” Convulsión, vol. 41, pp. 191–195, abr. 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. Centro de Dispositivos y Salud Radiológica, “Dispositivos de interfaz cerebro-computadora (BCI) implantados para pacientes con parálisis o amputación - Pruebas no clínicas y consideraciones clínicas,” Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU., 20 de mayo de 2021. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing

4. Y.-H. Nho et al., “Estimulación cerebral profunda responsiva guiada por la electrofisiología estriatal ventral de la obsesión mejora duraderamente la compulsión,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, ene. 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink en X: ‘Hemos recibido la Designación de Dispositivo Innovador de la FDA para Blindsight. Únete a nosotros en nuestra búsqueda para devolver la vista a quienes la han perdido. Aplica a nuestro Registro de Pacientes y a las vacantes en nuestra página de carreras https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X (Anteriormente Twitter). https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet

6. M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, y D.-R. Chebat, “Interfaces cerebro-máquina para ayudar a los ciegos,” Frentes en Neurociencia Humana, vol. 15, feb. 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell et al., “Evaluación de la seguridad de una interfaz cerebro-computadora endovascular completamente implantada para parálisis severa en 4 pacientes,” JAMA Neurología, vol. 80, no. 3, p. 270, mar. 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He et al., “La nebulosa cerebral: interfaz cerebro-computadora mínimamente invasiva mediante grabación neural endovascular y estimulación,” Revista de Cirugía Neurointervencionista, p. jnis-021296, feb. 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “BCI semi-invasivas,” en Cambridge University Press eBooks, 2013, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, y N. A. Badcock, “Una revisión de alcance sobre el uso de dispositivos EEG de consumo para investigación,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory), dic. 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś y S. Paszkiel, “Control de silla de ruedas BCI utilizando un sistema experto que clasifica señales EEG basándose en la estimación del espectro de potencia y la detección de tics nerviosos,” Ciencias Aplicadas, vol. 12, no. 20, p. 10385, oct. 2022, doi: 10.3390/app122010385.