LA NEURONA

A finales del siglo XIX se logró una mayor claridad sobre el trabajo
del cerebro debido a los trabajos de Ramón y Cajal en España y
Sherrington en Inglaterra. El primero trabajó en la anatomía de las
neuronas y el segundo en los puntos de conexión de las mismas o
sinápsis.

El tejido nervioso es el más diferenciado del organismo y está
constituido por células nerviosas, fibras nerviosas y la neuroglia, que
está formada por varias clases de células. La célula nerviosa se
denomina neurona, que es la unidad funcional del sistema nervioso.
Hay
neuronas bipolares, con dos prolongaciones de fibras y multipolares, con
numerosas prolongaciones. Pueden ser neuronas sensoriales, motoras y de
asociación.
Se estima que en cada milímetro del cerebro hay cerca de 50.000
neuronas. La estructura de una neurona se muestra en la figura 1.
El tamaño y la forma de las neuronas es variable, pero con las mismas
subdivisiones que muestra la figura. El cuerpo de la neurona o Soma
contiene el núcleo. Se encarga de todas las actividades metabólicas de
la neurona y recibe la información de otras neuronas vecinas a través de
las conexiones sinápticas.

Las dendritas son las conexiones de entrada de la neurona. Por su parte
el axón es la "salida" de la neurona y se utiliza para enviar impulsos o
señales a otras células nerviosas. Cuando el axón esta cerca de sus
células destino se divide en muchas ramificaciones que forman sinápsis
con el soma o axones de otras células. Esta unión puede ser "inhibidora"
o "excitadora" según el transmisor que las libere. Cada neurona recibe
de 10.000 a 100.000 sinápsis y el axón realiza una cantidad de
conexiones similar.
La transmisión de una señal de una célula a otra por medio de la
sinápsis es un proceso químico. En él se liberan substancias
transmisoras en el lado del emisor de la unión. El efecto es elevar o
disminuir el potencial eléctrico dentro del cuerpo de la célula
receptora. Si su potencial alcanza el umbral se envía un pulso o
potencial de acción por el axón. Se dice, entonces, que la célula se
disparó. Este pulso alcanza otras neuronas a través de la distribuciones
de los axones.

La Red Neuronal

El sistema de neuronas biológico esta compuesto por neuronas de
entrada
(censores) conectados a una compleja red de neuronas
"calculadoras" (neuronas ocultas), las cuales, a su vez, están
conectadas a las neuronas de salidas que controlan, por ejemplo, los
músculos. La figura 6 muestra un esquema conceptual. Los censores pueden
ser señales de los oídos, ojos, etc. las respuestas de las neuronas de
salida activan los músculos correspondientes. En el cerebro hay una
gigantesca red de neuronas "calculadoras" u ocultas que realizan la
computación necesaria. De esta manera similar, una red neuronal
artificial debe ser compuesta por censores del tipo mecánico o
eléctrico.

HISTORIA DE REDES NEURONALES ARTIFICIALES

En Breve

Los intentos por imitar el funcionamiento del cerebro han seguido la
evolución del estado de la tecnología. Por ejemplo, al finalizar el
siglo 19 se le comparó con la operación de la bomba hidráulica; durante
la década de 1920 a 1930 se intento utilizar la teoría de la conmutación
telefónica como punto de partida de un sistema de conocimiento similar
al del cerebro. Entre 1940 y 1950 los científicos comenzaron a pensar
seriamente en las redes neuronales utilizando como concepto la noción de
que las neuronas del cerebro funcionan como interruptores digitales (on
– off) de manera también similar al recién desarrollado computador
digital. Así nace la idea de "revolución cibernética" que maneja la
analogía entre el cerebro y el computador digital.

1943 Teoría de las Redes Neuronales Artificiales

Walter Pitts junto a Bertran Russell y Warren McCulloch intentaron
explicar el funcionamiento del cerebro humano, por medio de una red de
células conectadas entre sí, para experimentar ejecutando operaciones
lógicas. Partiendo del menor suceso psíquico (estimado por ellos): el
impulso todo/nada, generado por una célula nerviosa.
El bucle "sentidos – cerebro – músculos", mediante la retroalimentación
producirían una reacción positiva si los músculos reducen la diferencia
entre una condición percibida por los sentidos y un estado físico
impuesto por el cerebro.
También definieron la memoria como un conjunto de ondas que reverberan en un circuito cerrado de neuronas.

1949 Conductividad de la sinápsis en las Redes Neuronales.

Seis años después de que McCulloch y Pitts mostraran sus Redes
Neuronales, el fisiólogo Donald O. Hebb (de la McGill University) expuso
que estas (las redes neuronales) podían aprender. Su propuesta tenia
que ver con la conductividad de la sinápsis, es decir, con las
conexiones entre neuronas. Hebb expuso que la repetida activación de una
neurona por otra a través de una sinápsis determinada, aumenta su
conductividad, y la hacia más propensa a ser activada sucesivamente,
induciendo a la formación de un circuito de neuronas estrechamente
conectadas entre sí.

1951 Primera Red Neuronal

El extraordinario estudiante de Harvard, Marvin Minsky conoció al
científico Burrhus Frederic Skinner, con el que trabajó algún tiempo
ayudándole en el diseño y creación de máquinas para sus experimentos.
Minsky se inspiró en Skinner para gestar su primera idea "oficial" sobre
inteligencia artificial, su Red Neuronal. Por aquel entonces entabló
amistad con otro brillante estudiante, Dean Edmonds, el cual estaba
interesado en el estudio de una nueva ciencia llamada Electrónica.
Durante el verano de 1951, Minsky y Edmonds montaron la primera máquina
de redes neuronales, compuesta básicamente de 300 tubos de vacío y un
piloto automático de un bombardero B-24. Llamaron a su creación "Sharc",
se trataba nada menos que de una red de 40 neuronas artificiales que
imitaban el cerebro de una rata. Cada neurona hacia el papel de una
posición del laberinto y cuando se activaba daba a entender que la
"rata" sabia en que punto del laberinto estaba. Las neuronas que estaban
conectadas alrededor de la activada, hacían la función de alternativas
que seguir por el cerebro
, la activación de la siguiente neurona, es
decir, la elección entre "derecha" o "izquierda" en este caso estaría
dada por la fuerza de sus conexiones con la neurona activada. Por
ejemplo, la "rata" completaba bien el recorrido eligiendo a partir de la
quinta neurona la opción "izquierda" (que correspondería a la sexta),
es entonces cuando las conexiones entre la quinta y sexta se hacen más
fuertes (dicha conexión era realizada por el piloto automático),
haciendo desde este momento más propensa esta decisión en un futuro.
Pero las técnicas Skinnerianas (que eran las que se habían puesto en
funcionamiento en esta red neuronal) no podrían llevar muy lejos a este
nuevo engendro, la razón pasa porque esto, en sí, no es inteligencia,
pues la red neuronal nunca llegaría a trazar un plan.

Después de su Red Neuronal, Minsky escribió su tesis doctoral acerca de
esta, en ella describía "cerebros mucho mayores", exponiendo que si se
realizaba este proyecto a gran escala, con miles o millones de neuronas
más y con diferentes censores y tipos de retroalimentación la máquina
podría ser capaz de razonar, mas el sabia que la realización de esta Red
Neuronal era imposible y decidió buscar otra forma de crear
inteligencia.

LAS REDES NEURONALES ARTIFICIALES

Sistema Experto.
Un método más avanzado para representar el conocimiento, es el sistema
experto. Típicamente está compuesto por varias clases de información
almacenada: Las reglas If – Then le dicen al sistema como se debe
reaccionar ante los estados del "mundo". Una regla del sistema experto
puede ser if Y es un hombre, Then Y es mortal. Los hechos describen el
estado del "mundo". Por ejemplo: Juan es mortal. Por último, una máquina
de inferencia relaciona los hechos conocidos con las reglas If – Then y
genera una conclusión. En el ejemplo: Juan es mortal. Esta nueva
conclusión se añade a la colección de hechos que se almacena en los
medios ópticos o magnéticos del computador digital. De esta forma, un
sistema experto sintetiza nuevo conocimiento a partir de su
"entendimiento" del mundo que le rodea. De esta forma, un sistema
experto es un método de representación y procesamiento del conocimiento,
mucho más rico y poderoso que un simple programa de computador. Sin
embargo, con respecto a la manera en que opera el cerebro humano, las
limitaciones son múltiples. Los problemas planteados en términos difusos
o ambiguos , por ejemplo, son muy complejos de analizar o "conocer" con
sistemas de procesamiento simbólico, como los sistemas expertos o
programas de computador.

Interpretación De La Neurona Por Computadora

Una neurona se puede comparar con una caja negra compuesta por varias
entradas y una salida. La relación de activación entre la salida y la
entrada, o en términos circuitales o de teoría de control, la función de
transferencia se encuentra en la ..figura 2.
La variable f es la frecuencia de activación o emisión de potenciales y u es la intensidad del estímulo del soma.

La Neurona Artificial

Un circuito eléctrico que realice la sume ponderada de las diferentes
señales que recibe de otras unidades iguales y produzca en la salida un
uno o un cero según el resultado de la suma con relación al umbral o
nivel de disparo, conforma una buena representación de lo que es una
neurona artificial. La función de transferencia para la activación o
disparo de la neurona puede ser de umbral lógico (fig. 4ª) o de
limitación dura (fig. 4b) o de función tipo s (fig. 4c). W representa el
peso o ponderación de la conexión a través de una entrada.

La neurona artificial es un dispositivo eléctrico que responde a
señales eléctricas. La respuesta la produce el circuito activo o función
de transferencia que forma parte del cuerpo de la neurona. Las
"dendritas" llevan las señales eléctricas al cuerpo de la misma. Estas
señales provienen de censores o son salidas de neuronas vecinas. Las
señales por las dendritas pueden ser voltajes positivos o negativos; los
voltajes positivos contribuyen a la excitación del cuerpo y los
voltajes negativos contribuyen a inhibir la respuesta de la neurona.
(fig. 5).

Entrenamiento.

Cuando el sistema humano de neuronas, los ojos captan un objeto A
(figura 7), por ejemplo, algunos de los censores de la visión se activan
y envían señales a las neuronas ocultas. Las neuronas que se disparan
con la señal de entrada aumentan el grado de conexión de ellas. Si el
mismo objeto A se presenta una y otra vez, la interconexión de neuronas
se refuerza y, por lo tanto, el conocimiento del objeto.
Si se le presenta a la red anterior el objeto A modificado (Figura 8) la
unión de las neuronas para el conocimiento de tal objeto, es débil. Las
neuronas deben entrenarse para reconocer el objeto A en esta nueva
presentación. Luego de algunas sesiones de entrenamiento, el sistema
neuronal es capaz de reconocer el objeto A en todas sus formas. Si el
objeto cambia nuevamente la red de neuronas y el conocimiento se
actualizan.
Este entrenamiento, repetido para todos los valores de entrada y salida
que se quiera, origina una representación interna del objeto en la red,
que considera todas las irregularidades y generalidades del mismo.

En la figura 9 se presenta el esquema de una neurona artificial
durante la etapa de aprendizaje. Una vez establecidos los pesos
definitivos de interconexión, la neurona adquiere su forma tradicional.
En la figura 10ª se presenta una red neuronal artificial con dos
entradas, tres neuronas ocultas y dos salidas. El estado de no
entrenamiento se representa por las resistencias variables que indican
los pesos de las conexiones. Después de aplicar un algoritmo de
entrenamiento y de aplicar repetidamente todas las parejas de entrada y
salida necesarias, la red queda entrenada y con el peso de conexiones
definido, fig. 10b.

MÉTODO DE TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN EN EL CEREBRO

Antes conviene saber que en los primeros tiempos de la informatica a
los ordenadores se los llamaba calculadoras de cifras electronicas o
simplemente calculadoras digitales. Los sistemas digitales trabajan con
cifras en código binario que se transmiten en formas de impulsos (bits).
Los sistemas analógicos procesan señales continuamente cambiantes, como
música o palabra hablada.
Por suerte para nuestro propósito de imitar con un ordenador el cerebro
este también codifica la información en impulsos digitales. En los
humanos las sensaciones se generan digitalmente y se transmiten así a
través del sistema nervioso
. Con otras palabras cuando la luz se hace
más intensa, el sonido mas alto o la presión mas fuerte, entonces no es
que fluya mas corriente a través de los nervios, sino que la frecuencia
de los impulsos digitales aumenta.
En principio los ordenadores trabajan de manera semejante. Así una
sensación mas fuerte corresponde en un equipo informático a una cifra
más alta (o en una palabra mas larga). Sin embargo en un ordenador los
datos se transmiten siempre a un mismo ritmo; la frecuencia base es
inalterable. Por eso las cifras mas altas tardan mas tiempo en ser
transmitidas. Como por lo general el ordenador o trabajan en tiempo
real, esto no tiene mayor importancia, pero cuando se trata de un
procesador en tiempo real, como son los empleados en proceso industrial,
hace falta de ampliar él numero de canales de transmisión para que en
el mismo espacio de tiempo pueda fluir mayor cantidad de datos.

COMPUERTAS LÓGICAS

Sabemos que los elementos básicos de un ordenador son las compuertas
lógicas, en el cerebro también existen aunque no son idénticas a las de
un ordenador.
En un ordenador las compuertas And, Or etc. tiene una función
perfectamente determinada e inalterable. En el cerebro también hay
elementos de conexión parecidos, las llamadas sinapsis, donde confluyen
en gran numero las fibras nerviosas.

Funcionamiento de las sinápsis

Cientos de datos fluyen por los nervios hasta cada sinapsis, donde
son procesados. Una vez analizada y tratada la información esta sale ya
transformada por los canales nerviosos.
En los seres vivos no pueden permitirse el lujo de la especialización ya
que si algo se rompe otro elemento debe hacerse cargo de la función.
Por eso cada sinapsis es simultáneamente una compuerta Ad, Or, Not etc.
Una sinapsis suma las tensiones de los impulsos entrantes. Cuando se
sobrepasa un determinado nivel de tensión; el llamado umbral de
indicación; esta se enciende, esto es deja libre el camino para que
pasen los impulsos. Si el umbral de indicación de tensión es demasiado
bajo, la sinapsis actúa como una puerta lógica del tipo Or, pues en tal
caso pocos impulsos bastan para que tenga lugar la conexión. En cambio
cuando el umbral de indicación es alto, la sinapsis actúa como una
puerta And, ya que en ese caso hace falta que lleguen la totalidad de
los impulsos para que el camino quede libre. También existen
conducciones nerviosas que tienen la particularidad de bloquear el paso
apenas llegan los impulsos. Entonces la sinapsis hace la función de una
compuerta inversora. Esto demuestra la flexible del sistema nervioso.

DIFERENCIAS ENTRE EL CEREBRO Y UN ORDENADOR

La diferencia más importante y decisiva el cómo se produce el almacenamiento de información en el cerebro y en el ordenador.
Ordenador: Los datos se guardan en posiciones de memoria que son
seldillas aisladas entre sí. Así cuando se quiere acceder a una posición
de memoria se obtiene el dato de esta celdilla. Sin que las posiciones
de memoria aldeanas sé de por aludidas.
Cerebro: La gestión es totalmente diferente. Cuando buscamos una
información no hace falta que sepamos donde se encuentra almacenada y en
realidad no lo podemos saber ya que nadie sabe donde guarda hasta hoy
en ida el cerebro los datos.
Pero tampoco es necesario ya que basta con que pensemos en el contenido o
significado de la información para que un mecanismo, cuyo
funcionamiento nadie conoce, nos proporcione automáticamente no solo la
información deseada sino que también las informaciones vecinas, es
decir, datos que de una u otra manera hacen referencia a lo buscado.
Los expertos han concebido una serie de tecnicismos para que lo
incomprensible resulte algo más comprensible. Así a nuestro sistema para
almacenar información se lo llama memoria asociativa. Esta expresión
quiere dar a entender que los humanos no memorizan los datos
direccionandolos en celdillas, sino por asociación de ideas; esto es,
interrelacionando contenidos, significados, modelos.
En todo el mundo pero sobre todo en Estados Unidos y Japón, científicos
expertos tratan de dar con la clave de la memoria asociativa. Si se
consiguiera construir un chip de memoria según el modelo humano, la
ciencia daría un paso gigante en la fascinante carrera hacia la
inteligencia artificial. Y además el bagaje del saber humano quedaría
automáticamente enriquecido.

UN SUPERORDENADOR LLAMADO CEREBRO

El hombre necesita un sistema de proceso de datos de multiple
propocito capaz de taratar gran cantidad de informacion muy distinta y
en muy poco tiempo y con el mayor sentido practico(pero no
necesariamente con exactitud), para inmediatamente poder actuar en
concecuencia. Los ordenadores, en cambio, son altamente especializados
con capacidad para procesar con exactitud informacion muy concreta(en
principio solo numeros) siguiendo unas instrucciones dadas.
El cerebro humano posee mas de diez millones de neuronas las cuales ya
están presentes en el momento del nacimiento conforme pasa el tiempo se
vuelven inactivas, aunque pueden morir masivamente.
Nuestro órgano de pensamiento consume 20 Patios/hora de energía
bioquímica, lo que corresponde a una cucharada de azúcar por hora. Los
ordenadores domésticos consumen una cantidad semejante. Las necesidades
de oxigeno y alimento es enorme en comparación con el resto del cuerpo
humano: casi una quinta parte de toda la sangre fluye por el cerebro
para aprovisionar de oxigeno y nutrieres. La capacidad total de memoria
es dificil de cuantificar, pero se calcula que ronda entre 10ª12 y 10ª14
bits.
La densidad de información de datos de un cerebro todavía no se ha
podido superar artificialmente y en lo que se refiere a velocidad de
transmisión de datos, a pesar de la lentitud con que transmite cada
impulso aislado, tampoco esta en desventaja, gracias a su sistema de
proceso en paralelo: la información recogida por un ojo representa 10ª6
bits por segundo.
Según todos los indicios el cerebro dispone de dos mecanismos de
almacenamiento de datos: la memoria intermedia acepta de cinco a diez
unidades de información, aunque solo las mantiene durante agudos
minutos. La memoria definitiva guarda las informaciones para toda la
vida, lo que no significa que nos podamos acordar siempre de todo. La
memoria inmediata trabaja como una espacie de cinta continua: la
información circula rotativamente en forma de impulsos eléctricos por
los registros. El sistema es comparable a la memoria dinámica de un
ordenador, en la que la información tiene que ser refrescada
continuamente para que no se pierda. En cambio, la memoria definitiva
parece asemejare mas bien a las conocidas memorias de celdillas de los
ordenadores. Se cree que esta memoria funciona gracias a formaciones
químicas de las proteínas presentes en el cerebro humano.

DIFERENCIAS ENTRE EL CEREBRO Y UNA COMPUTADORA

Cerebro
Computadora
Sistema de datos de múltiple propósito capaz de tratar gran cantidad de
información en poco tiempo pero no nesesariamente con exactitud.
Sistemas altamente especializados con capacidad para procesar
información muy concreta, siguiendo unas instrucciones dadas.
La frecuencia de los impulsos nerviosos puede variar. La frecuencia de
transmisión es inalterable y esta dada por el reloj interno de la
maquina.
Las llamadas sinapsis cumple en el cerebro la función simultánea de
varias compuertas (and, or, not etc.) Las compuertas lógicas tienen una
función perfectamente determinada e inalterable.
La memoria es del tipo asociativo y no se sabe dónde quedara
almacenada. La información se guarda en posiciones de memoria de acceso
directo por su dirección.
Los impulsos fluyen a 30 metros por segundo. En el interior de una computadora los impulsos fluyen a la velocidad de la luz.

SIMILITUDES ENTRE EL CEREBRO Y UNA COMPUTADORA

Ambos codifican la información en impulsos digitales.
Tanto el cerebro como la computadora tienen compuertas lógicas.
Existen distintos tipos de memoria.
Los dos tienen aproximadamente el mismo consumo de energía.

CONTROL DE ORDENADORES POR SEÑALES NEURALES

La búsqueda de controlar el ordenador mediante impulsos
bio-eléctricos, es una idea que ha dejado de ser parte de las novelas de
ciencia-ficción, para integrarse a las filas de temas de estudio e
investigación serios.
Hoy en día, estamos un paso más cerca de lograr tales sueños, puesto que
la tecnología y la teoría científica, al respecto, son cada vez más
cercanos.

Reseña Histórica.

En 1849, Emil Heinrich Du Bois-Reymond, se basaba en la teoría de que
el sistema nervioso poseía una naturaleza eléctrica. Detectaba las
imperceptibles descargas eléctricas provocadas al contraer los músculos
del brazo. Utilizó un galvanómetro, un primitivo medidor de tensiones, y
cuyo electrodo, constituía de los hilos del aparato con trozos de papel
secante impregnado de solución salina.
Se dio cuenta de que la piel actuaba como un aislante de las señales
eléctricas, entonces, no vaciló en abrirse una herida y logró captar
señales eléctricas unas treinta veces más intensas.
En los 70, comenzó una carrera hacia el diseño de prótesis mecanizadas capaces de
obedecer a contracciones musculares, y que aun no ha terminado.
Las Herramientas.
Con electrodos de cloruro de plata y amplificadores electrónicos muy
sensibles, pueden registrarse los débiles impulsos musculares.
Las señales que se captan se denominan "señales electromiográficas o EMG".
Otro sistema deriva de otro fenómeno bio-eléctrico, la diferencia de
potencial entre la retina y la córnea. La retina posee la máxima
actividad metabólica del ojo, presentando, así, una tensión (eléctrica)
ligeramente negativa con respecto a la córnea. Mediante circuitos
electrónicos, puede detectarse las minúsculas variaciones de tensión de
esta débil batería eléctrica, cuando la persona cambia la orientación de
sus ojos. Tales impulsos fueron llamados "señales electrooculográficas o
EOG.
En otras técnicas de medición ocular se utilizan, rayos infrarrojos o
cámaras de video, pero son sistemas más costosos que el de electrodos.
Por último la utilización de técnicas por electroencefalograma o EEG,
los electrodos se colocan en el cuero cabelludo, captándose las débiles
señales de los potenciales eléctricos que emite el cerebro.

Los Procesos.

Hemos visto que hasta ahora, se utiliza, principalmente como sensor
para captar las señales, al electrodo, que en todos los casos capta
diferencias de potencial.
Para que esta información recibida tenga algún sentido, debemos tener
además un sistema que amplifique esta señal recibida, y así poder
estudiarla.
El paso siguiente es un sistema que analice y traduzca dichos datos en
una información útil. De ello se encarga el hardware y software creado
específicamente para tal fin.
Por último un sistema efector, es decir un sistema que realice una acción a partir de la interpretación de los datos obtenidos.
El caso EMG (electromiográfico): se ha diseñado un equipo que sirve de
interfaz entre el ordenador y las señales eléctricas del cuerpo.
Comienza con la amplificación de las señales EMG, en un factor de 10.000.

Otros circuitos lo convierten en un formato digital. Luego de un
extenso procesamiento de dichas señales digitalizadas, el ordenador
puede determinar cuando y en que medida se contraen las fibras
musculares próximas a los electrodos, de esta manera, la actividad
muscular puede dirigir la operación de un ordenador personal.

Lógica difusa o Lógica fuzzy, en informática, forma de lógica
utilizada en algunos sistemas expertos y en otras aplicaciones de
inteligencia artificial, en la que las variables pueden tener varios
niveles de verdad o falsedad representados por rangos de valores entre
el 1 (verdadero) y el 0 (falso). Con la lógica fuzzy, el resultado de
una operación se puede expresar como una probabilidad y no
necesariamente como una certeza. Por ejemplo, además de los valores
verdadero o falso, un resultado puede adoptar valores tales como
probablemente verdadero, posiblemente verdadero, posiblemente falso y
probablemente falso.
El caso EOG (electrooculográficas): es similar al anterior, comienza por
amplificar y digitalizar las tensiones recogidas por 4 electrodos, 2
para movimientos verticales y 2 para las horizontales. Seguidamente, el
sistema aplica lógica borrosa para discriminar entre el movimiento real
del ojo y la deriva del electrodo.
El caso EEG (electroencefalográfico): los neurólogos creen que el origen
de las tensiones EEG está en las células piramidales de la corteza
cerebral. Cada célula constituye un diminuto dipolo eléctrico, cuya
polaridad depende de que la entrada de la red a la célula sea una inhibición o excitación. Los electrodos
son altamente sensibles, de modo que, puede colocarse los electrodos
sobre la piel y por encima del área que se desea estudiar.
Se ha intentado aislar ciertas señales que el sujeto pueda controlar a
su voluntad. Por desgracia, las señales captadas se resisten al control.
Lo que se hace, es medir continuamente una diversidad de señales EEG y
eliminar por filtrado las partes indeseadas. Las diferentes ondas, se
caracterizan por la frecuencia de sus emisiones, hay cinco tipos: ALFA,
se crean por acciones sencillas; BETA, se las asocia a un estado de
alerta; TETHA, se originan por tensión emocional, como la frustración;
MU, al parecer asociadas con la corteza motora (disminuyen con el
movimiento o la intención de moverse).

Casi todas las tentativas de controlar un ordenador por mediciones
continuas de EEG se basan en la obtención de ondas ALFA o MU, ya que es
posible aprender a cambiar la amplitud de estos dos ritmos mediante un
esfuerzo mental apropiado por ejem. un recuerdo.
Las ondas MU pueden controlarse su amplitud mediante representaciones de
la sonrisa, la masticación, la deglución y otras actividades motoras.
El equipo investigador ha preparado un sistema para la detección ráfagas
de actividad en ondas ALFA, que pueden provocarse deliberadamente
distrayendo la atención.
Un segundo tipo de aparato medidor de ondas cerebrales, por medio de un sistema llamado
de potencial evocado o EP. La señal EP se produce en respuesta a ciertos estímulos,
– tales como un fuerte ruido o un destello de luz -.

Aplicaciones.

Como con toda investigación científica, posee en primer lugar dos orientaciones, la militar y la médica.
En medicina los primeros en beneficiarse son los minusválidos con
deficiencias o carencias motrices, quienes además aportan al desarrollo
de estas tecnologías, por ser sujetos de prueba. Tanto las tecnologías
que usan EMG, como EOG han logrado ampliar las expectativas de estos
pacientes, por ej. Con EMG se observó que los impulsos eléctricos
procedentes de fibras musculares activas, pueden manejar equipos
electrónicos, con las señales generadas por los músculos. Con EOG una
niña con una grave lesión espinal probó que podía mover el cursor de la
pantalla de computadora a partir de impulsos generados por sus ojos.
En otro sentido con el EOG permite que un cirujano cambie, moviendo los
ojos, el campo visual de una cámara de fibra óptica, y así poder tener
las manos ocupadas con instrumentos quirúrgicos.
En el campo de las ondas cerebrales han experimentado con esta tecnología conectándola con un sintetizador musical.
Erich E. Sutter desarrolló un sistema que permite a los discapacitados
seleccionar palabras o frases de un menú formado por cuadros que
destellan en la pantalla de un ordenador. Sosteniendo durante uno o dos
segundos la mirada fija en el cuadro apropiado, una persona conectada
por electrodos craneales puede transmitir su elección por ordenador,
constituyendo un
claro ej.del potencial evocado del cerebro (EP).
En el área militar están experimentando en pilotos de avión con señales
EP, siendo una herramienta útil en el momento de tener manos y pies
ocupados.

EL FUTURO

Hasta ahora el control de un entorno electrónico o incluso uno
electromecánico, (ej. Manejar una silla de ruedas), ha sido utilizando
un solo tipo de señal, sea que provenga de un músculo, del ojo o de
ondas cerebrales.
También somos nosotros quienes debemos entrenarnos para controlar
nuestros impulsos y luego poder mover o ejecutar la acción deseada.
Quizá el futuro se encuentre en sistemas que sean capaces de traducir
muchos y diferentes tipos de señales, y así poder "leer" lo que nosotros
deseamos hacer, dejando al sistema y no a nosotros, el trabajo de
entrenarse.
En cuanto a las aplicaciones quizá se logren versiones comerciales para
manejar entornos informáticos, y así a través de los ordenadores
controlar, medios de transporte, electrodomésticos, equipos médicos y
militares, el campo de aplicación es enorme…

LOS IMPLANTES QUE SALVAN VIDAS

Los futurórologos norteamericanos dicen que dentro de un siglo la
medicina será capaz no sólo de reemplazar cualquier parte dañada del
cuerpo, sino que podrá sustituir, por medio de un chip implantado en el
cerebro ciertos déficit de la inteligencia para que todos los individuos
estén a la altura del progreso técnico y científico del conjunto.
La electrónica ayuda a la medicina, se ha aliado con ella y ha inventado
implantes que podrán parar el mal de Parkinson o la epilepsia, así como
órganos artificiales que mejoran el modo de vida. También permitirá una
administración precisa de los medicamentos, colocando minibombas en
alguna parte del cuerpo que proporcionarán las dosis adecuadas para cada
paciente, evitando los efectos secundarios.
El desarrollo de nuevos materiales permitirá la aparición de nuevos
órganos artificiales, como por ejemplo falsos músculos realizados con
materiales retráctiles u órganos híbridos compuestos, a la vez, por
células vivas y chips electrónicos.

Retina Artificial:

El ojo es una especie de burbuja vacía cuya pared interna, la retina,
está dotada de fotorreceptores que captan las imágenes y las
transforman en señales eléctricas en dirección al nervio óptico. Si los
oftalmólogos perciben, mediante test, algunas respuestas eléctricas,
esto significa que el sistema ocular funciona a pesar de las
dificultades de visión de los pacientes. La finalidad es captar los
objetos exteriores con ayuda de una minicámara con control de imagen y,
después, transplantar esta imagen eléctrica sobre el fondo de la retina.
El chip electrónico que captaría toda esa información sería implantado
en el interior del ojo y conectado con la retina con la ayuda de mil
electrodos. Los problemas de miniaturización pueden solventarse, pero
los más complicados son los relacionados con la fragilidad de la retina.
Los intentos realizados en este sentido son los menos avanzados.
Los córtex, situados en la parte posterior de cada hemisferio cerebral,
son los responsables de eleborar la información que le proporciona el
nervio óptico..
El Instituto de Organos Artificiales de Long Island, junto con la
Universidad de Estern de Canadá han logrado implantar en el córtex de
algunos pacientes una diminuta reja de teflón provista de sesenta y
cuatro electrodos de platino conectados a una cámara de video y a un
microordenador, que transforma en señales numéricas los impulsos
analógicos de la cámara. Así, lo que informa la cámara se traduce en
impulsos eléctricos que son directamente transmitidos al cerebro del
paciente ciego.

Oído Artificial:

Cada sonido es una vibración mecánica que pasa por el tímpano, y en
el oído interno se convierte en señales eléctricas que son enviadas al
nervio auditivo. Esta transformación eléctrica es crucial, ya que el 93
porciento de las sorderas están ligadas a la destrucción del órgano de
Corti, que es justamente el transformador de nuestro oído.
Desde los años cincuenta se sabe que un electrodo implantado en el oído
permite a la persona entender los sonidos, pero la gran dificultad
estribaba en transcribir con precisión todos los sonidos del mundo
exterior. Según la zona estimulada, el nervio auditivo entiende un
sonido agudo, grave o medio. La solución se dio con un dispositivo
miniaturizado que convierte los sonidos captados por un micrófono en
impulsos eléctricos, los cuales son enviados por cables subcutáneos a
una antena adosada a la piel, cerca de la oreja. Otra antena casi
microscópica, disimulada en la piel del paciente, actúa como receptor de
señales. La última fase del proceso se completa al activarse un manojo
de electrodos ( de 4 a 16 ) fijados previamente a la cóclea, haciendo
una especie de puente sobre la vía sensorial dañada.
La técnica, que es muy segura, tiene sus limitaciones, ya que los
impulsos eléctricos sólo pueden ser entendidos y decodificados por una
persona que alguna vez haya oído. Un sordo total de nacimiento sería
incapaz de "organizar" y entender lo que escucha.
El implante coclear es una microcomputadora que, situada en la parte más profunda del oído, reemplaza parcialmente al órgano.

Motrocidad asistida :

El profesor israelí Gideon Inbar, decano de la Facultad de
Ingeniería Eléctrica, está investigando con éxito la inteligencia
artificial de la locomoción. Consiguió, fijando sensores en la pierna de
una voluntaria, fabricar señales nerviosas que pueden ser vueltas a
emitir por una computadora activando los músculos atrofiados.
La "computadora médica para caminar" de Inbar podría monitorear la
pierna constantemente y en consecuencia proporcionar una información
ininterrumpida al músculo por medio de miles de señales eléctricas
estimulantes. De esta manera , ciertos pacientes inmovilizados podrían
movilizarse.
Los enfermos parapléjicos y tetrapléjicos podrían beneficiarse con las
investigaciones que se están realizando para que, ayudados por bastones,
vuelvan a caminar. Los que padecen esta enfermedad están afectados por
una lesión en la médula espinal.
Una de las soluciones, la más prometedora, es reactivar los músculos
situados cerca de la lesión con una corriente eléctrica. El problema es
que este método requiere poner los electrodos en cada utilización. La
respuesta es implantar, en el interior del cuerpo, una cajita
electrónica capaz de enviar a los músculos la corriente de estimulación,
ya sea por electrodos situados alrededor de los nervios o de los
fascículos (haz de nervios que tienen el mismo origen y destino)
representantes de una parte del tronco, o mediante electrodos situados
en los músculos. Todavía llevarían bastones para mantener el equilibrio,
donde se situarían unos botones que accionarían el dispositivo.
Los brazos biónicos ya son una realidad, así también como lo son los
huesos y las articulaciones artificiales. En los Estados Unidos ya hay
65.000 rodillas mecánicas, 110.000 caderas y 50.000 hombros. Una cadera
artificial dura diez años y una rodilla algo menos por su gran desgaste,
pero estas prótesis ya cuentan con sistemas robóticos para su
implantación. En Israel están perfeccionando un sistema de
retroalimentación continuo, proveniente de los sensores implantados en
los nervios del hombro del miembro amputado, que produce una respuesta
inmediata a la comunicación eléctrica de un nervio, en la misma forma en
que se comporta el sistema nervioso. Eso permite que el brazo biónico
(que encierra una minicomputadora) funcione suavemente, casi como uno
normal.

Minibomba para diabéticos :

La diabetes consiste en la imposibilidad del páncreas de producir
insulina, hormona que permite al organismo utilizar su carburante : la
glucosa que circula por el cuerpo. Si no la fabrica, la taza de azúcar
en sangre se eleva y puede provocar un coma mortal. La solución es
inyectarse insulina cada cierto tiempo. Pero las inyecciones de insulina
reproducen imperfectamente la actividad del páncreas. En los años
ochenta se creó la bomba externa, un aparato programable que se une al
cuerpo por una aguja implantada en la piel y permite difundir
constantemente un caudal reducido de insulina.
Aunque el sistema parecía estar en su apogeo, dos investigadores
estadounidenses afinaron el aparato y crearon en 1989 la bomba
implantable. Consiste en un catéter que, instalado en la cavidad
peritoneal, cerca del páncreas, difunde la insulina para que se absorba
al instante y emita sus dosis de forma muy precisa.
Mini desfibrilador:

Entre los ataques al corazón, el más peligroso es la fibrilación
ventricular. El órgano, por efecto de una caótica actividad, es incapaz
de bombear sangre. Sólo hay un modo de parar la crisis : sometiendo al
corazón a una descarga eléctrica que consigue que su actividad
reemprenda su curso natural, con un ritmo regular. Desde los años
cincuenta, los servicios de reanimación disponen de desfibriladores que
permiten enviar el shock que salva la vida. Pero el problema reside en
llegar al hospital a tiempo. Un cardiólogo polaco ha ideado un producto
revolucionario : un desfibrilador implantable capaz de vigilar
permanentemente el ritmo cardíaco y de enviar, a los primeros síntomas
de fibrilación, una descarga de 700 u 800 voltios a través del corazón.

Corazón Artificial:

Las virtudes del corazón artificial son conocidas por casi todo el
mundo, ya se ha oído hablar de la bomba de resina implantada y portátil,
capaz de ayudar a un órgano deficiente. Varias personas se han
beneficiado con este sistema, el Novacor, que por el momento es la
solución para los pacientes que esperan un transplante.
Hasta ahora quienes llevaban un corazón artificial tenían enganchado a
la cintura un aparato que pesaba cinco kilos. El Novacor, en cambio, es
un diminuto controlador que se sitúa en el abdomen, cerca de la bomba, y
la energía es dispensada, no por un cable, sino directamente a través
de la piel. Se basa en dos cinturones, uno exterior, dotado de batería, y
otro interior, cargado por el primero.
Este corazón ofrece la ventaja de que no es rechazado y de que se puede implantar a cualquier edad.

Descargas eléctricas contra la epilepsia:

Hasta el momento, los medicamentos y la cirugía eran las únicas vías
para paliar la crisis epilépticas, pero algunos enfermos no responden a
ninguno de estos tratamientos.
Ahora ha aparecido un nuevo método : la estimulación eléctrica del nervio vago, que va desde el cerebro hasta el abdomen.
En 1938 dos profesores estadounidenses demostraron que los impulsos
eléctricos influían en la actividad cerebral. Muchos equipos
investigadores se dieron cuenta de que la electricidad podía apaciguar
las crisis epilépticas. Dos de ellos fundaron Cyberonics, una sociedad
que fabrica simuladores eléctricos implantables.
Se trata de un generador que va situado en la clavícula y está unido a un electrodo que los cirujanos fijan en el nervio vago.

Vivir sin dolor:

La idea de utilizar la estimulación eléctrica para atenuar el dolor viene de la antigüedad.
En 1972, el profesor Lazorthes, del hospital CHU, de Toulouse, implantó
generadores eléctricos provistos de un electrodo en el espacio epidural.
Había nacido la electroestimulación. La sensación dolorosa es el
resultado de la excitación de ciertas fibras nerviosas muy finas. La
estimulación eléctrica trata de restablecer el equilibrio tocando otras
fibras que tienen un efecto inhibidor sobre las primeras. Este implante
surte efecto en pacientes con problemas discales y en los casos de
dolores ligados a miembros fantasmas, es decir, en aquellas personas que
dicen sentir dolor a pesar de que se les ha amputado un miembro.