CÁTEDRA “SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL” 2004 Visita la FM el doctor Miguel Nicolelis y dicta conferencias sobre neurorrobótica
Durante su visita a México y participación en la Cátedra “Santiago Ramón y Cajal” 2004, el doctor Miguel Nicolelis dictó tres conferencias que giraron sobre sus trabajos en los mecanismos de control de aparatos robóticos por medio de las señales eléctricas generadas por las neuronas en el cerebro. La Cátedra se desarrolló durante la semana del 8 al 12 de noviembre pasado y las conferencias que impartió fueron “Procesando con circuitos neuronales”, el lunes 8; “Procesamiento dinámico distribuido de la información táctil”, impartida el miércoles 10, y “Correlaciones neuronales del aprendizaje motor”, efectuada el viernes 12, en el auditorio “Dr. Fernando Ocaranza”. El doctor Miguel Nicolelis, investigador de la Universidad de Duke, en Carolina del Norte, Estados Unidos, es de origen brasileño; en su país obtuvo su doctorado y actualmente trabaja en los mecanismos de control de aparatos robóticos por medio de las señales eléctricas generadas por las neuronas en el cerebro. Ha hecho sus investigaciones primero en ratas, actualmente en monos, y en un futuro cercano espera empezarlas en humanos. El doctor Nicolelis nació en 1961 en la ciudad de Sao Paulo, y desde que era estudiante de medicina en la Universidad de esa ciudad se interesó en el análisis de los fenómenos biológicos; para su estudio desarrolló varios modelos matemáticos. Esa experiencia le permitió utilizar sistemas basados en microcomputadoras, con los que desarrolló protocolos médicos para su uso en ambientes hospitalarios, como unidades de cuidados intensivos. Sus intereses en el análisis de señales biológicas se hicieron más claros después de que se graduó como médico, cuando en 1988 obtuvo un doctorado en ciencias con un trabajo relacionado con el procesamiento de la actividad eléctrica generada por las neuronas del cerebro. Aunque inicialmente utilizó técnicas numéricas, también desarrolló un sistema basado en microcomputadoras. Después, en 1989, viajó a los Estados Unidos de América para realizar una estancia posdoctoral en el laboratorio de John Chapin, que entonces se encontraba en la Universidad Hahnemann. Allí entró de lleno en el estudio de la corteza cerebral de los mamíferos y trabajó en las modificaciones morfológicas y fisiológicas que se producen después de la extirpación de vibrisas en las ratas. En 1994 fue invitado a la Universidad de Duke, donde actualmente es profesor de neurobiología, de ciencias psicológicas y de ingeniería biomédica. También es codirector del Centro de Neuroingeniería. El trabajo del doctor Nicolelis se centra en mecanismos por medio de los cuales aparatos externos al cuerpo, llamados robots en forma genérica, pueden ser controlados con las señales eléctricas generadas por el cerebro. El control de robots por medio de las señales eléctricas cerebrales tiene su raíz en un trabajo publicado en 1980 por Apostoulos Georgopoulos, quien mostró que unos cien milisegundos antes de iniciarse un movimiento las motoneuronas de la corteza cerebral generan actividad eléctrica, de la cual es posible obtener un “vector de intención” que apunte a la dirección general del movimiento, el de una extremidad por ejemplo. Es decir, unos cien milisegundos antes de realizar un movimiento, el cerebro elabora un plan del mismo, y este plan podría ser utilizado en una computadora para controlar un servomecanismo y el movimiento de un “robot”, es decir, sería posible utilizar la intención del sistema nervioso de mover una extremidad para levantar un vaso y reproducir ese movimiento por medio del robot. Sin embargo, Georgopoulos no pudo utilizar su descubrimiento porque para producir movimientos en tiempo real se requiere de un procesamiento extremadamente rápido, y en la década de1980 las computadoras no tenían la velocidad adecuada. Durante varios años el conocimiento del plan del movimiento hecho por las neuronas cerebrales no pudo ser utilizado debido a limitaciones técnicas. Sin embargo, en los últimos años del siglo XX los avances en los métodos de registro de la actividad eléctrica cerebral y en las velocidades de análisis por medio de computadoras, permitieron registrar y manipular con gran rapidez los registros obtenidos del cerebro. Así, en sus primeros experimentos utilizó numerosos electrodos colocados en el cerebro de una rata para registrar su actividad eléctrica. Primero enseñó a la rata a recorrer un laberinto, uno de cuyos extremos terminaba en una pared donde había una palanca y un pequeño agujero. Cuando la rata llegaba a esa pared y bajaba la palanca, por el agujero salía una pastilla de alimento. Después de varios intentos la rata aprendió a hacer esto, de manera que cuando estaba hambrienta se dirigía a ese extremo del laberinto y apretaba la palanca para saciar su hambre. Después que la rata aprendió a alimentarse sola, el doctor Nicolelis registró la actividad de las neuronas motoras cerebrales cuando se paraba frente a la palanca, y con esa actividad una computadora calculó el plan del movimiento y lo utilizó para generar una señal que, al actuar por medio de un servomecanismo, abría la compuerta para permitir la salida de la pastilla de alimento; en esas condiciones, la rata recibía el alimento antes de levantar la pata. En los primeros intentos la rata de todas maneras levantaba la pata para apretar la palanca, pero después de varias veces en que la pastilla salió antes de que hubiera terminado el movimiento, “aprendió” y dejó de hacerlo. A partir de entonces la rata solamente llegaba hasta la pared, “pensaba” en el movimiento de la pata y recibía el alimento; esto es, aprendió a manejar el servomecanismo que abría la compuerta por medio de la actividad eléctrica que generaba su cerebro. El objetivo final del trabajo son los humanos, por lo que para sus siguientes experimentos utilizó monos. El procedimiento para dichos experimentos fue similar al que había utilizado con las ratas, pero en este caso puso frente al mono una palanca conectada a un monitor visual, de manera que el movimiento de la palanca se correlacionaba con el de un punto en la pantalla del monitor. La pantalla mostraba también un circulito, y cuando con la palanca el mono movía el punto hasta esa región, recibía una recompensa. En pocos intentos el mono aprendió a mover la palanca para llevar el punto hasta el centro del pequeño círculo. En las siguientes pruebas la actividad eléctrica de alrededor de 100 neuronas del cerebro del mono fue llevada a una computadora que, después de analizar dicha actividad, extrajo el plan del movimiento. Entonces, la computadora utilizó ese plan para hacer que un servomecanismo moviera la palanca y, por consiguiente, el punto que veía el mono en la pantalla. En pocos intentos el mono aprendió que no necesitaba tocar la palanca para moverla y llevar el punto al centro del círculo, y que podía hacerlo con sólo “pensar” en ese movimiento. A partir de ese momento el mono ya no movió el brazo y desplazó el punto en la pantalla solamente pensando en los movimientos que había hecho antes. En experimentos más recientes en su laboratorio en Duke University ha utilizado monos para recoger por medio de electrodos la actividad eléctrica del cerebro mientras efectúan un movimiento, y después de decodificar la información mediante una computadora y enviarla por una conexión estándar de internet, hacer que un brazo robótico efectúe los mismos movimientos, pero esta vez en un laboratorio lejano, ubicado en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), en Boston, a unos mil kilómetros del de Duke. Es claro que todos estos descubrimientos son muy importantes, pero el doctor Nicolelis también ha encontrado otros fenómenos muy interesantes. Un descubrimiento hecho hace muchos años es que el cerebro tiene regiones específicas en las que se encuentran las neuronas que generan la actividad eléctrica necesaria para el movimiento de las diferentes partes del cuerpo. En esta forma, y por medio de las neuronas que las controlan, las extremidades son tanto parte del cuerpo como del cerebro. En los experimentos, cuando un mono mueve un robot por medio de la actividad eléctrica generada en su cerebro, en éste se desarrollan áreas específicas que contienen las neuronas que producen el mapa del movimiento de la palanca. Esto es, la palanca se convierte en parte del cerebro del mono y, además de moverla como movería una extremidad propia, la reconoce como parte de sí mismo. Los resultados del doctor Nicolelis sugieren la posibilidad de que una persona paralítica, por ejemplo, pueda utilizar la actividad eléctrica generada por su cerebro para mover una silla de ruedas que podría desplazar de un lugar a otro con sólo pensar en los movimientos adecuados. Sin embargo, las posibles aplicaciones de este procedimiento son ilimitadas, ya que una persona podría controlar muchas otras cosas, como prótesis de brazos, piernas o dedos artificiales. Ya se están haciendo en el laboratorio del doctor Nicolelis experimentos piloto en humanos. Cabe destacar que actualmente el doctor Miguel Nicolelis pertenece a un grupo de científicos que se encuentran trabajando en países desarrollados para promover un proyecto científico en casi todas las áreas y zonas más pobres de su país, con la idea de ayudar a su pueblo. Su posición le permitió crear un instituto de investigaciones virológicas y espera que esto sea la punta de lanza de la investigación en neurofisiología con conexiones a otros lugares latinoamericanos, como la Facultad de Medicina, que funcionen como el Instituto Max-Planck de Alemania, donde el objetivo final es diseminar la excelencia por todo el país. Ceremonia de inauguración Durante la ceremonia de inauguración, el doctor José Narro, director de esta dependencia universitaria, dijo que el trabajo del doctor Nicolelis puede ser la salvación de la ciencia y hacer que los políticos aprendan, al igual que los ratones, y salvar la soberanía de los países... “básica para poder encontrar formas de desarrollo en la sociedad, esencial para conocernos, saber quiénes somos, para identificarnos, para tener identidad; primero en lo local, nacional y global. Lo digo en broma y en serio, tenemos que trasmitir el mensaje de lo trascendente de esta actividad desde todas la trincheras, que en instituciones como la nuestra reciba impulso. “A veces quisiéramos hacer mucho más, pero creo que con ejemplos como la Cátedra y con la participación solidaria de investigadores de la comunidad internacional, como es el caso del doctor Nicolelis, así como con la participación de instituciones filantrópicas, como lo es la Fundación Científica ‘José M. García-Valdecasas Santamaría A.C.’, vamos a poder seguir impulsando estos desarrollos,’ concluyó. Estuvieron presentes los doctores Fidel Ramón Romero, investigador de la Facultad de Medicina; Gregorio Pérez Palacios, coordinador de Investigación; José M. García-Valdecasas, de la Fundación Científica del mismo nombre, y Enrique Graue, titular de la División de Estudios de Posgrado e Investigación (DEPI). Origen de la Cátedra En entrevista, el doctor Fidel Ramón, investigador de la DEPI, comentó que la importancia de la Cátedra “Santiago Ramón y Cajal” es que está apoyada por una fundación privada —de las cuales hay muy pocas—, que ayuda actividades científicas en forma desinteresada, porque no recibe nada. Sobre el doctor Nicolelis, afirmó que la relevancia de su visita radica en su línea, que se encuentra en la frontera de la biología molecular y la fisiología integrativa, algo que no se trabaja aquí y mucho menos se conoce, y la calificó de “neurorrobótica”. Comentó que la Cátedra surgió durante una conversación entre los doctores José María García Valdecasas y Hugo Aréchiga, entonces jefe de la DEPI. El doctor García Valdecasas ha sido siempre un promotor de las relaciones científicas y médicas entre España y México y países de habla hispana. Participó en acciones conjuntas entre la Academia Nacional de Medicina de México y las academias españolas, particularmente la de Cataluña, que originó la firma de un convenio de colaboración entre ellas. De esa cercanía con él nació la idea de crear una cátedra honorífica permanente que llevara el nombre de un gran científico: Santiago Ramón y Cajal. Para hacer marchar esa idea, el doctor Aréchiga promovió la firma de un convenio entre la Fundación García Valdecasas y la UNAM, para la creación de la “Cátedra Honorífica Santiago Ramón y Cajal”. Su objetivo es una serie de seminarios útiles para fomentar la docencia y la investigación en el área de las neurociencias en la Facultad de Medicina. La Cátedra consiste en el apoyo financiero para que un profesor extranjero viaje a la ciudad de México y permanezca entre una y dos semanas; en ese tiempo se ofrecen varias pláticas fundamentales a los estudiantes de la FM. Durante el tiempo hábil entre las clases el profesor está en uno de los laboratorios de la Facultad para ayudar a los miembros del mismo en su trabajo experimental, pero accesible a todos aquellos alumnos que quieran platicar con él sobre temas de su elección. Agregó que en años anteriores quien organizaba la Cátedra era el doctor Hugo Aréchiga, y los otros dos conferencistas eran conocidos de él: los doctores Luis Martínez Millán, profesor de neuroanatomía de la Facultad de Medicina y Odontología del País Vasco, España, quien habló sobre temas relacionados con la inmunohistoquímica del sistema nervioso, y Luis Hernández Rodríguez, profesor de fisiología de la Universidad de Los Andes, Venezuela, cuyas charlas versaron sobre técnicas para controlar el medio externo alrededor de las neuronas del sistema nervioso central. Éste es el primer año que el doctor Ramón organiza la Cátedra y el doctor Nicolelis es su amigo. Finalmente, adelantó que para el próximo año se está tratando de que asista a ella el doctor Rodolfo Llinas, investigador colombiano que vive en Estados Unidos y es jefe del Departamento de Neurociencias de la Universidad de Nueva York, en Manhattan. |
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