En el Instituto de Matemática Aplicada del Litoral (Imal), ubicado en el predio del Conicet, sobre la ruta nacional 168, el tiempo transcurre entre mucha materia gris y un entorno silencioso y verde. Allí funciona el laboratorio donde la ingeniera biomédica Victoria Peterson prueba una tecnología que, a primera vista, parece un videojuego. Pero lo que sucede frente a la pantalla es bastante más complejo: un voluntario, conectado a una computadora mediante una gorra con electrodos, primero realiza una sincronización y luego comienza el desafío. En la pantalla aparece una mano virtual que abre y cierra los dedos, después, toma una moneda y suma puntos. Sin embargo, su mano real permanece completamente inmóvil, ni siquiera un dedo corrió. El movimiento ocurre porque el participante lo imagina, la computadora interpreta las señales eléctricas del cerebro y las convierte en órdenes digitales.
ACV: científica santafesina desarrolla una tecnología para rehabilitación de pacientes
Victoria Peterson lidera en el Imal (Conicet-UNL) un equipo que creó una tecnología basada en inteligencia artificial capaz de traducir la actividad cerebral en movimientos dentro de un videojuego, sin que el paciente necesite mover la mano. El proyecto, desarrollado íntegramente en Santa Fe, avanza ahora hacia una evaluación clínica en colaboración con el Instituto Fleni.
Mientras observa la prueba, Peterson explica a El Litoral cada paso. Y hay algo que repite con un orgullo difícil de disimular: todo, desde el algoritmo que interpreta la actividad cerebral hasta el videojuego que permite interactuar con la máquina, hasta conseguir el equipamiento donado de una empresa privada, fue realizado acá, en Santa Fe y en Argentina. “Llevó muchos años esta construcción”, aclaró ella, al lado del voluntario y de Enzo Díaz Pinel, estudiante avanzado de Bioingeniería que opera la computadora.
La joven científica -de 38 años- realizó investigaciones en Suiza, pasó por el Massachusetts General Hospital y la Escuela de Medicina de Harvard, en Estados Unidos, y estuvo en Berlín el año pasado, continuando su formación y sus vínculos científicos internacionales. Es investigadora adjunta del Conicet, asociada del Instituto Fleni y conduce un equipo interdisciplinario de 12 personas. “Comenzamos tres y hoy ya somos un grupo más grande de distintas disciplinas que trabajamos en dos líneas de investigación”, indicó.
Más allá de las experiencias en el exterior, Peterson tiene una aspiración que atraviesa toda su trayectoria: que la investigación no termine en un paper académico ni quede guardada en una computadora, sino que pueda llegar a las personas que la necesitan.
Ese es el horizonte de Coar.BCI, una interfaz cerebro-computadora diseñada para contribuir a la neurorrehabilitación de personas que sufrieron un accidente cerebrovascular (ACV) y quedaron con importantes dificultades para controlar sus movimientos. El desarrollo ya completó las pruebas con voluntarios sanos y ahora avanza hacia una nueva etapa: evaluar su factibilidad en pacientes, mediante un convenio con el Instituto Fleni.
Pensar el movimiento
Para entender cómo funciona la tecnología hay que detenerse en esta idea de que el paciente no necesita mover físicamente la mano para activar el ejercicio. Lo que necesita es imaginar ese movimiento que no puede hacer por la secuela del ACV. La gorra que utiliza el voluntario tiene electrodos que registran la actividad eléctrica cerebral mediante electroencefalografía de superficie. Esa información llega al algoritmo, que la procesa con herramientas de inteligencia artificial y la transforma en comandos que la computadora puede interpretar.
En el laboratorio, Peterson explicó que antes de comenzar a jugar cada participante atraviesa una instancia de calibración. Se registran señales cerebrales mientras imagina dos acciones: abrir y cerrar la mano, y permanecer en estado de relajación. Con esos datos se construye un modelo específico para esa persona.
Pero la innovación no termina allí. El sistema debe poder acompañar al usuario en las distintas sesiones, incluso cuando las señales cambian de un día para otro. “Generalmente los desarrollos tecnológicos que hay en el mundo requieren calibraciones largas. Nosotros desarrollamos este algoritmo en 2021, que tiene la capacidad de rápidamente adaptarse”, destacó.
La investigadora se detiene en una característica que considera central: la coadaptación. No se trata solamente de que la computadora aprenda a interpretar el cerebro de una persona, sino también de que esa persona aprenda a comunicarse con el sistema.
"No es solo el algoritmo de inteligencia artificial haciendo todo el esfuerzo, sino también es la persona entendiendo: capaz que si hago esto, es mejor que esto otro. Así la comunicación es coadaptativa", describió.
El videojuego, desarrollado a partir de tesis de maestría y de grado, tampoco es un detalle accesorio. Las manos virtuales aparecen desde una perspectiva de primera persona, como si fueran las propias extremidades del jugador. Hay una mesa que ayuda a generar esa percepción y monedas que debe recoger para sumar puntaje. “No está moviendo la mano, pero lo está controlando. Esto no es una simulación, es real e incluso algunas personas nos dicen que logran tener sensación en la mano”, aclaró.
Qué sucede en el cerebro
La pregunta es inevitable: ¿cómo puede imaginar un movimiento ayudar a recuperar una función motora que se perdió? Peterson recurrió a conceptos de neurociencia para explicarlo. Uno de ellos es el “aprendizaje hebbiano”, vinculado con la sincronización de las neuronas y la formación de circuitos neuronales. El otro es la “plasticidad cerebral”, es decir, la capacidad del cerebro de reorganizarse y generar nuevas conexiones.
La investigadora distingue entre una recuperación funcional, cuando se restablece el movimiento, y una estructural, cuando se producen cambios en la organización de las áreas cerebrales. "Si vos tenés un daño en una zona cortical, esas neuronas quizá ya no puedan ser reclutadas para el control voluntario de la mano, pero sí otras. Y eso es la plasticidad", señaló.
En una rehabilitación convencional, el fisioterapeuta intenta que el paciente realice movimientos, por ejemplo, abriendo y cerrando la mano, o utilizando elementos que requieren ejercer fuerza. Pero hay personas que no pueden hacerlo o les implica fatiga, dolor. Algunos pacientes que integran la población que se busca estudiar en Fleni presentan una pérdida de movilidad tan importante que sus miembros están prácticamente flácidos.
"Hay pacientes en los que no hay rehabilitación posible de esa manera", indicó. La interfaz propone otra puerta de entrada. "En esta intención de control, vos inmediatamente le mostrás que esa mano se mueve y hay una especie de propiocepción de eso. Cerrás el circuito. Y ese cierre genera una retroalimentación positiva", describió Peterson.
Un sueño que fue tomando forma
La idea comenzó en 2017. Ese año Peterson obtuvo una beca para viajar durante 6 meses a Suiza, donde pudo trabajar con registros reales de actividad cerebral y con equipamiento al que no tenía acceso en Argentina. Hasta entonces, su investigación estaba centrada en el desarrollo de algoritmos para interfaces cerebro-computadora. En Suiza pudo avanzar en la decodificación de la imaginería motora, es decir, la actividad cerebral que se produce cuando una persona imagina un movimiento sin ejecutarlo físicamente.
En apenas 6 meses desarrolló un algoritmo y logró probarlo en tiempo real con voluntarios sanos y dos pacientes. “Cuando lo pruebo con un paciente, para mí era una locura, porque jamás imaginé que yo iba a poder hacer eso", recordó.
Regresó a fines de 2017 y se doctoró en 2018. Fue entonces cuando empezó a imaginar que aquella experiencia podía convertirse en algo más que un desarrollo científico. "Yo digo que fue como una visión, fue un sueño y después ya una obsesión. Me di cuenta de que no quería que el algoritmo que yo desarrollé quedara en un paper, en mi computadora o en un repositorio. Yo quería que se aplique”, contó, con un ímpetu que contagia.
Sabía que, para lograr su sueño, necesitaba mucho más que conocimientos y esfuerzo. Hacía falta un laboratorio, equipamiento, registros de pacientes y un equipo capaz de sostener todas las etapas del desarrollo. El primer obstáculo fue económico. Los equipos necesarios para registrar la actividad cerebral podían costar alrededor de 30.000 dólares, una cifra difícil de afrontar para un grupo de investigación que buscaba desarrollar una tecnología accesible. “Yo decía: bueno, a ver, lo quiero hacer en Argentina, no estoy en Suiza”, indicó.
La oportunidad llegó en 2020, cuando obtuvo el apoyo de la empresa OpenBCI, que donó equipamiento para avanzar con las pruebas. El grupo pudo realizar un primer estudio de factibilidad, comprobar que con una tecnología de no más de 6 mil dólares se puede hacer y publicar los resultados.
Después llegó otro desafío: conseguir que el algoritmo pudiera utilizarse durante varias jornadas y no solamente en una sesión. Para eso desarrollaron herramientas matemáticas que permiten adaptar el sistema a los cambios que pueden producirse en las señales cerebrales de una misma persona a lo largo de 10 días. También decidieron dejar atrás los protocolos tradicionales, en los que el participante recibe instrucciones mediante flechas o indicaciones abstractas, y diseñar un entorno propio de interacción tipo videojuego.
En 2022 Peterson regresó de una estancia postdoctoral de 14 meses en Boston, en el Massachusetts General Hospital y Harvard Medical School. Volvió con una convicción: necesitaban desarrollar un software propio, que integrara todos los componentes y no dependiera de programas de terceros.
El crecimiento también fue posible gracias al Dr. Rubén Spies que la cobijó en el Imal; al Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional; y a proyectos de financiamiento y vinculación tecnológica, entre ellos los impulsados por la Secretaría de Ciencia de la provincia. También a las colaboradoras actuales Solange Gualpa, Catalina María Galván, María Florencia Coldeira, y a las anteriores Paula Saavedra y Denise Nigro.
El paso que sigue
La colaboración con el Instituto Fleni comenzó a gestarse en 2019. “Yo empecé pagándome los pasajes de mi bolsillo”, recordó. El trabajo implicó convenios, reuniones entre los equipos, la definición de criterios de inclusión de pacientes, la elaboración de un protocolo de investigación y su aprobación por los comités de bioética correspondientes. También hubo capacitaciones presenciales en Fleni para que los profesionales pudieran aprender a utilizar el equipamiento, colocar los electrodos y tomar los registros.
"Básicamente, queremos trasladar la neurotecnología al entorno clínico real de aplicación", explicó Peterson. El protocolo ya está aprobado y registrado. Ahora esperan incorporar pacientes que cumplan con los requisitos establecidos. En esta primera etapa buscan personas que hayan sufrido un ACV en el hemisferio izquierdo, de hasta 65 años y que conserven determinadas capacidades cognitivas para comprender las instrucciones y realizar la actividad.
"Mi deseo, incluso, es el día de mañana la gente lo pueda usar hasta en su casa, porque creo fuertemente que la calidad de vida le puede cambiar a estas personas por este uso", destacó.
