Un avance en tecnología cerebral le devolvió el habla a un paciente de ELA

El pasado agosto, Casey Harrell pronunció las primeras palabras claras que su hija de cinco años recordaba haberle oído, una repetición de sus votos matrimoniales a su madre, Levana Saxon. Los adultos presentes lloraron.

El momento fue posible gracias a una ola de innovación en uno de los campos más difíciles de la medicina: reconectar el cerebro con el cuerpo una vez que algo -un accidente o una enfermedad- ha roto los lazos. Aunque Neuralink Corp., de Elon Musk, logra la mayor parte de la atención y el dinero de los inversores en este campo, los laboratorios académicos y las empresas emergentes rivales están consiguiendo avances significativos en la reparación de ese vínculo roto.

“Estoy utilizando esto de una manera muy práctica, ahora mismo”, dice Harrell, de 46 años, a quien diagnosticaron esclerosis lateral amiotrófica en 2019 y perdió su capacidad de hablar con claridad unos años más tarde. “Esto es la vida real para mí”, dijo, ahogándose mientras describía el día en que pudo volver a comunicarse con su propia voz.

Su capacidad para conversar se debe a 256 diminutos electrodos que investigadores de la Universidad de California en Davis le implantaron en el cerebro en una intervención quirúrgica de casi cinco horas el verano pasado. Aunque la tecnología conocida como interfaz cerebro-ordenador suele estar destinada a restablecer el movimiento, la mejora del habla de Harrell que se detalla en el New England Journal of Medicine subraya su promesa más amplia.

A medida que los avances revelan las complejas señales que utilizan el sistema nervioso para controlar los labios, la mandíbula, la lengua y la laringe, y que los avances en inteligencia artificial permiten descodificarlas para restablecer la comunicación, las nuevas empresas se multiplican. Al igual que una prótesis que sustituye a un miembro perdido, este campo tiene su propia nomenclatura para el dispositivo: neuroprótesis del habla.

Al principio, “la idea de recuperar el habla parecía inalcanzable dada la complejidad del lenguaje”, escribió Edward Chang, catedrático de cirugía neurológica de la Universidad de California en San Francisco, en una editorial que acompañaba al estudio. “En la última década, el concepto de neuroprótesis del habla ha pasado de ciencia ficción a realidad”.

Aún es pronto. La tecnología es cara y voluminosa, y requiere ordenadores en casa de Harrell. Es lento, le ayuda a hablar a 33 palabras por minuto, muy por debajo de las 160 palabras por minuto del habla natural. Y su rendimiento a largo plazo sigue siendo una incógnita: Investigadores holandeses detallan en el mismo número de la revista el lento deterioro de un dispositivo similar utilizado durante siete años por una mujer con parálisis severa por ELA.

Harrell supo que padecía ELA, también conocida como enfermedad de Lou Gehrig, poco después del nacimiento de su hija. Este trastorno destruye las células nerviosas del cerebro y la médula espinal, dejando a los pacientes incapaces de controlar sus músculos. Su habla natural suena como un gruñido o un balbuceo para el oído inexperto, aunque su mente sigue siendo aguda.

Sin embargo, hoy en día se le entiende con facilidad. Los electrodos de su cerebro rastrean la actividad de sus neuronas para predecir lo que intenta decir y, a continuación, un generador de voz que utiliza una versión reconstruida digitalmente de su voz preALS habla por él, para eliminar de todos los implicados.

Lejos de hacerle sentir como un ciborg, la tecnología mejora sus relaciones humanas. Sus amigos entablan conversaciones que hace un año eran imposibles. Las conversaciones con su mujer van más allá de lo meramente transaccional. El implante le da una sensación de normalidad. “La gente como yo no puede sentirse así muy a menudo”, afirma.

Empresas como Neuralink, Paradromics Inc., Synchron Inc. y Precision Neuroscience Corp. están trabajando en una tecnología similar. El dispositivo de Neuralink se implantó por primera vez en un ser humano a principios de este año en un hombre parapléjico, con resultados que él describió como alucinantes. Synchron tiene implantes en varios pacientes, aunque no contiene tantos electrodos.

Los electrodos de Harrell están situados en la circunvolución precentral, una vía que interviene en el habla y que discurre aproximadamente de oreja a oreja por la parte superior del cerebro. Se los implantaron durante una intervención quirúrgica de cinco horas en julio de 2023, semanas después de que un familiar oyera hablar de la tecnología en UC Davis, donde los investigadores buscaban a su primer paciente.

“Por un lado, uno no quiere precipitarse en la cirugía cerebral”, dijo Harrell durante una entrevista en su casa en mayo. “Por otro lado, cuando tienes esta enfermedad, el nivel de riesgo que aceptarías es definitivamente mayor”.

Harrell, que utiliza una silla de ruedas, carece del control motor necesario para maniobrar un ratón tradicional. Antes de la operación, utilizaba un ratón de cabeza para escribir textos y correos electrónicos, que ahora puede redactar con ayuda del dispositivo. “Le permite decir lo que quiere y cuando quiere”, afirma David Brandman, el neurocirujano de UC Davis que le implantó el dispositivo. “Es un nivel diferente”.

Con sus ocurrencias y observaciones, parece como si el BCI leyera los pensamientos de Harrell. Pero eso no es lo que ocurre, según Brandman y su colega neurocientífico Sergey Stavisky, que dirigen juntos el Laboratorio de Neuroprótesis de la UC Davis.

Lo que hace es seguir los intentos de movimiento asociados a las palabras que intenta decir. A medida que el cerebro intenta activar los músculos de la lengua, la laringe y la garganta -instrucciones que se pierden cuando las neuronas de Harrell mueren a causa de la ELA-, los electrodos implantados captan los mensajes.

Las señales son procesadas y descodificadas por cuatro ordenadores que funcionan en su apartamento de Oakland, un equipo que, según Nicholas Card, becario postdoctoral en cirugía neurológica de la UC Davis y autor principal del estudio, podría reducirse con el tiempo.

Una red neuronal recurrente predice primero la probabilidad de qué fonemas, o unidad de sonido, está intentando decir. Un modelo lingüístico preliminar ensambla esas unidades de sonido en posibles palabras y frases y, a continuación, un segundo modelo lingüístico más refinado elabora el conjunto de palabras más probable. Una vez descodificada la frase, Harrell puede reproducir una versión de audio con su propia voz.

No siempre funciona a la perfección: cuando un reportero de Bloomberg estaba allí, mostró por error “dirty” en lugar de “nerdy”. En esos casos, Harrell puede pedirle que lo intente de nuevo activando un botón en la pantalla, utilizando un rastreador ocular portátil fabricado por Tobii AB.

Las versiones rudimentarias de la tecnología se remontan al implante original de 2004 en el cerebro de Matt Nagle, un hombre de Massachusetts paralizado durante un apuñalamiento. Aunque gran parte de la innovación desde entonces se ha centrado en la velocidad, el verdadero avance del dispositivo de Harrell es la precisión.

Después de menos de dos horas de entrenamiento, la mayor parte con un vocabulario de 125.000 palabras, la precisión del BCI era del 90%. A los pocos días alcanzó el 95% y más tarde el 97%.

A pesar del ritmo más lento de descodificación, le basta para participar en conversaciones en casa y ayudar a planificar estrategias para su empresa, Sunrise Project, una organización sin ánimo de lucro australiana. Trabaja en proyectos de lucha contra el cambio climático, entre ellos los dirigidos a instituciones financieras.

El potencial comercial de la tecnología se ve limitado por la escasa población actual de pacientes y su elevado costo. Pero eso podría cambiar, y los inversores están atentos.

“Seguimos de cerca la evolución de la investigación, especialmente en las universidades”, afirma Konstantine Buhler, inversor de capital riesgo de Sequoia Capital, que aplaude el “impresionante” trabajo de UC Davis. “Las instituciones académicas están bien posicionadas para financiar la ciencia y la investigación, mientras que el capital riesgo es más útil cuando una tecnología pasa de la “investigación” al “desarrollo””.

Hay un aspecto en el que destaca el dispositivo de Harrell: tras recibir formación, su mujer puede manejarlo sola. Esto contrasta con muchos implantes que requieren personal médico autorizado para su manejo y se utilizan principalmente en laboratorios.

Hasta ahora, es el único paciente al que se le ha implantado la tecnología de la UC Davis, que se conecta a través de conectores situados en la parte superior de la cabeza. Esto le hace propenso a las infecciones y puede resultar desconcertante para quienes ven por primera vez la yuxtaposición de cables y cerebro. Harrell dice que nada de eso importa: “La gente como yo no tiene tiempo de esperar al producto perfecto», afirma. «Para mí sigue siendo lo suficientemente bueno, ahora mismo”.

(c) 2024, Bloomberg