Una interfaz cerebro-computadora podría dar voz a los pacientes inconscientes de la UCI

Un grupo de pacientes ingresados en la UCI con lesiones cerebrales agudas consiguió aumentar y disminuir la frecuencia de un pitido utilizando únicamente sus ondas cerebrales. Para lograrlo, los investigadores emplearon electrodos de electroencefalografía (EEG) colocados sobre la cabeza, capaces de registrar la actividad cerebral y traducirla en órdenes para un ordenador.

El avance, desarrollado por investigadores de la Universidad de Columbia, abre una posible vía de comunicación con pacientes que parecen estar en coma, pero que podrían conservar cierto grado de conciencia sin poder expresarse mediante el habla o el movimiento.

«Las investigaciones realizadas en la última década por nosotros y otros han demostrado que muchos pacientes con lesión cerebral aguda que parecen estar en coma en realidad conservan cierto grado de conciencia, aunque no puedan hablar ni mover las manos o los ojos para comunicarse», afirma Jan Claassen, profesor de Neurología del Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia y director del estudio.

«Nuestra interfaz cerebro-computadora es solo un primer paso, pero demuestra que, en principio, esperamos poder dar voz a algunos de estos pacientes en el futuro», añade.

Conciencia oculta

Claassen, que también dirige la unidad de cuidados neurocríticos del NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center, ha sido uno de los investigadores pioneros en el estudio de la conciencia oculta en personas con daño cerebral que no pueden responder a las indicaciones de los médicos o de sus familiares.

En 2019, su equipo utilizó electroencefalografía convencional e inteligencia artificial para analizar la actividad cerebral de pacientes que no respondían tras sufrir una lesión cerebral. Los investigadores detectaron signos de conciencia oculta en el 15 % de los pacientes, un resultado que llamó la atención en el ámbito de los cuidados intensivos.

Aunque estas personas no respondían a instrucciones sencillas, como parpadear, cerrar el puño o mover los dedos de los pies, el análisis de sus registros de EEG reveló que algunas intentaban seguir las indicaciones, pero no conseguían ejecutar los movimientos.

Posteriormente, el equipo encontró indicios de que esta separación entre las capacidades cognitivas y las motoras podría deberse a una interrupción de la comunicación entre las regiones cerebrales responsables de los procesos cognitivos superiores y las que controlan los movimientos musculares.

Esta situación se conoce como disociación cognitivo-motora (DCM). Según los estudios de Claassen, los pacientes que presentan esta alteración tienen más probabilidades de recuperar la conciencia y una capacidad funcional significativa en su vida cotidiana.

Aunque las técnicas para detectar la DCM todavía no están disponibles fuera de los estudios de investigación, podrían ayudar en el futuro a identificar a los pacientes con mayores probabilidades de recuperación.

«Hemos demostrado que la detección de la conciencia oculta tiene un enorme potencial para orientar la atención al paciente», afirma Claassen.

Controlar el pitido con el cerebro

Si algunos pacientes que no responden conservan la capacidad de comprender instrucciones, una interfaz cerebro-computadora podría permitirles comunicar necesidades básicas y expresar sus preferencias.

En los últimos años, se han desarrollado sistemas de este tipo para ayudar a personas con parálisis causada por lesiones medulares a controlar dispositivos de movilidad. También se han utilizado para facilitar la comunicación en pacientes con enfermedades neurodegenerativas que afectan al movimiento y al habla, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

Algunas de estas tecnologías requieren implantar un dispositivo informático en la superficie del cerebro para traducir la actividad neuronal en órdenes. Sin embargo, este procedimiento no resulta adecuado para muchos pacientes hospitalizados con lesiones cerebrales agudas graves que no responden a los estímulos.

Por ello, el equipo de Claassen optó por una alternativa no invasiva: colocar electrodos de EEG sobre la cabeza, una técnica que ya se utiliza habitualmente para monitorizar a pacientes con daño cerebral.

Los investigadores entrenaron a los participantes para que intentaran controlar un ordenador mediante sus ondas cerebrales. Para ello, diseñaron una tarea sencilla: los pacientes escuchaban un pitido a través de unos auriculares mientras una voz grabada les pedía que modificaran su frecuencia intentando abrir y cerrar las manos.

El equipo probó el sistema con 41 pacientes que no respondían y habían sufrido una lesión cerebral aguda

Mientras los participantes trataban de realizar los movimientos, los electrodos registraban su actividad cerebral y transmitían las señales a un ordenador situado junto a la cama. El sistema analizaba esas señales en tiempo real y ajustaba la frecuencia del pitido. Una voz animaba a los pacientes cuando conseguían modificarla y los felicitaba al alcanzar el objetivo.

El equipo probó el sistema con 41 pacientes que no respondían y habían sufrido una lesión cerebral aguda. Las pruebas se realizaron pocos días después de su ingreso hospitalario.

Uno de cada tres pacientes consiguió controlar los pitidos mediante sus pensamientos

Tras un breve periodo de entrenamiento, aproximadamente uno de cada tres pacientes consiguió controlar los pitidos mediante sus pensamientos. Entre quienes presentaban disociación cognitivo-motora detectada mediante una evaluación independiente, todos lograron hacerlo. Los resultados mostraron que algunos pacientes podían utilizar el sistema pocos días después de sufrir una lesión cerebral grave.

Un estudio anterior ya había demostrado que la resonancia magnética funcional podía utilizarse para obtener respuestas sencillas de sí o no de un paciente que no respondía. Sin embargo, esta técnica no resulta práctica para su uso rutinario en las unidades de cuidados intensivos.

«Por eso nuestro sistema representa un gran avance», afirma Claassen. «El EEG se utiliza a diario en la práctica clínica en la UCI. La única parte sofisticada es el programa informático que desarrollamos, el cual analiza los datos en tiempo real y modula la información que se le proporciona al paciente».

El objetivo: comunicar dolor, hambre y otras necesidades

Los participantes en el estudio y sus familiares consideraron útil disponer de una interfaz cerebro-computadora y aportaron propuestas para mejorarla. Entre ellas figuran la incorporación de funciones personalizadas, como utilizar la voz de un familiar, incluir detalles culturalmente relevantes y desarrollar herramientas que permitan detectar necesidades como el dolor o el hambre, además de evaluar la conciencia.

«Nuestro objetivo es perfeccionar el sistema para que los pacientes puedan comunicar a sus médicos y seres queridos cómo se sienten —si tienen dolor o hambre, por ejemplo— de forma más directa», explica Claassen.

El investigador considera que esta tecnología podría suponer un cambio importante para las personas que conservan cierto grado de conciencia, pero carecen de medios para expresarse.

«Los pacientes con conciencia oculta o disociación cognitivo-motora son incapaces de expresarse o comunicarse de ninguna manera», afirma Claassen. «Creo que ahí es donde nuestro trabajo puede ser fundamentalmente transformador».