Thought-to-Text Brain-Computer Interface: Interview with Florian Solzbacher, Chairman of Blackrock Neurotech

Blackrock Neurotech, una empresa de tecnología médica con sede en Salt Lake City, creó un conjunto de sistemas de interfaz cerebro-computadora con el objetivo de capacitar a los pacientes para que tengan una mayor independencia y calidad de vida. Esta última tecnología tiene como objetivo restaurar la comunicación escrita en pacientes que tienen dificultades al respecto, como los afectados por parálisis.

El nuevo sistema de la compañía, que Blackrock pretende poner a disposición a fines de 2022, permite a los pacientes escribir texto simplemente imaginándose a sí mismos escribiendo o escribiendo las palabras. El sistema utiliza el aprendizaje automático para decodificar las señales neuronales que ocurren mientras alguien imagina escribir y, hasta la fecha, puede alcanzar velocidades de hasta 90 caracteres por minuto.

En términos de precisión, su sistema cuenta con un 94% de precisión de pensamiento a texto y esto aumenta al 99% cuando el texto es autocorregido por el sistema informático. La tecnología podría ser una nueva oportunidad de vida para estos pacientes. Si bien muchas interfaces cerebro-computadora se han centrado en acciones físicas, como mover una silla de ruedas, es posible que se hayan pasado por alto los sistemas de pensamiento a texto. La comunicación escrita es muy importante en nuestro mundo digital cada vez más conectado, y las tecnologías que mejoran el acceso a esta son seguramente bienvenidas.

Medgadget Tuve la oportunidad de hablar con Florian Solzbacher, cofundador y presidente de Blackrock Neurotech, sobre el nuevo sistema, junto con las otras tecnologías que la compañía ha desarrollado.

Conn Hastings, Medgadget: Bríndenos una breve descripción general de las interfaces cerebro-computadora y el estado del arte actual.

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Florian Solzbacher, Blackrock Neurotech: Interfaces cerebro-computadora (ICC) son dispositivos médicos que convierten la actividad cerebral (es decir, pensamientos) en señales que se conectan a un dispositivo separado para habilitar funciones como mover un cursor en una pantalla de computadora o controlar una silla de ruedas o recuperar sentidos perdidos como audición, tacto y visión. Se utilizan para ayudar a los pacientes con una amplia gama de trastornos neurológicos, incluida la pérdida de la función motora o sensorial (es decir, ayudar a las personas a moverse, sentir, oír o ver de nuevo). La tecnología subyacente también se puede utilizar potencialmente en la monitorización y el tratamiento de enfermedades como la epilepsia, el accidente cerebrovascular, la depresión, el trastorno de estrés postraumático y otras que afectan a grandes poblaciones de pacientes en los EE. UU. Y en todo el mundo.

Cuando comenzamos Blackrock Neurotech, no había mercado para las BCI. Pero había (y sigue habiendo) una comunidad de investigación activa que estudia el sistema nervioso, los trastornos neurológicos y cómo diagnosticarlos y tratarlos. Nos dimos cuenta de que al desarrollar y proporcionar electrodos, productos electrónicos, herramientas quirúrgicas y software que podrían usarse desde cortes de tejido hasta modelos animales para trabajar en estudios clínicos en humanos, podríamos permitir el progreso de manera significativa y ayudar a acelerar el campo.

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Hemos estado en sujetos humanos durante 14 años y ha habido avances tremendos, desde los materiales hasta la miniaturización. De los BCI implantables, el NeuroPort Array (Utah Array) de Blackrock ha sido el que más tiempo ha estado presente y el mayor número de sujetos. Al día de hoy, 34 personas en todo el mundo tienen un BCI implantado; 31 de esas personas utilizan la tecnología Blackrock. Y la tecnología de Blackrock sigue siendo la única que ha demostrado años de función valiosa en seres humanos.

Nuestra misión siempre ha sido desarrollar tecnologías innovadoras que diagnostiquen y traten trastornos neurológicos, permitiendo que las personas vuelvan a caminar, hablar, ver, oír y sentir. A través de nuestros esfuerzos de comercialización planificados a partir de 2022, esperamos lograrlo.

Medgadget: Cuéntenos sobre las diversas tecnologías BCI desarrolladas por Blackrock hasta la fecha.

Florian Solzbacher:

  • Restaurar el movimiento a través del pensamiento – Roca Negra Plataforma MoveAgain acaba de recibir la designación de Dispositivo Avanzado de la FDA y ofrece a los pacientes inmóviles la capacidad de controlar el cursor del mouse, el teclado, el dispositivo móvil / tableta, la silla de ruedas o el dispositivo protésico simplemente con el pensamiento. Este sistema BCI ofrece a estos pacientes nuevas posibilidades para mejorar la movilidad y la independencia, como regresar al trabajo, participar en actividades de ocio y comunicarse de manera más eficaz y rápida. El objetivo del dispositivo es lograr una mejora a largo plazo en el movimiento y la independencia, reducir la dependencia del paciente de los cuidadores y ayudarlos a interactuar mejor con la sociedad y el mundo.
  • Restaurar el sentido del tacto – En asociación con la Universidad de Pittsburgh, un estudio de investigación innovador demostró que el sistema implantable de Blackrock podría mejorar el control del brazo robótico en personas con lesiones de la médula espinal al generar una sensación de “tacto”. El brazo protésico bidireccional envía señales sensoriales al dispositivo implantado del paciente y las sensaciones táctiles resultantes les permiten realizar movimientos más fluidos. El estudio apareció en Revista de ciencia como un gran avance tecnológico de BCI, que tendrá un gran impacto en quienes viven con lesiones de la médula espinal.

“Esta tecnología podría eventualmente ayudar a las personas con amputaciones o parálisis que no han podido moverse libremente”, dijo el participante Nathan Copeland. “La investigación que hemos realizado muestra que al implantar las matrices NeuroPort en partes del cerebro que normalmente controlan el movimiento y reciben señales sensoriales del brazo, podemos producir movimientos más naturales y fluidos”.

  • Restauración de la audición para sordos – Para aproximadamente 30 millones de estadounidenses que padecen pérdida auditiva, los implantes cocleares no son una opción de tratamiento debido a las variaciones anatómicas en su cóclea. En septiembre, Blackrock hizo una inversión en el desarrollo de un nuevo dispositivo de implante de nervio auditivo (ANI) para restaurar la audición en esta población de pacientes desatendidos. La financiación acelerará las pruebas de ensayos preclínicos y los esfuerzos clínicos a través de una asociación con la Universidad de Minnesota. Este implante no solo podría permitir mejoras auditivas significativas en un grupo completamente nuevo de pacientes, sino que también podría mejorar la activación de la vía auditiva hacia el cerebro, lo que a su vez podría ayudar aún más a las personas con pérdida auditiva a escuchar en entornos ruidosos como música en vivo. El objetivo es finalmente implantar a 40-50 pacientes sordos en los próximos tres años.
  • Restaurando la comunicación – En este innovador estudio y “un logro nunca imaginado” dirigido por la Universidad de California en San Francisco, socia de Blackrock, los investigadores han utilizado hardware de Blackrock para decodificar patrones sutiles en las áreas del habla del cerebro de un hombre paralizado. Ahora, el paciente puede volver a comunicarse, simplemente pensando en las palabras. Los electrodos implantados traducen su actividad cerebral en palabras, que luego se envían y muestran en una computadora. Este enfoque es parte de una oleada de innovación destinada a ayudar a decenas de miles de personas que carecen de la capacidad para hablar, pero cuyos cerebros contienen las vías neuronales para el habla. El software decodificador de aprendizaje automático se obtuvo con licencia de la Universidad de Stanford.
  • Restablecimiento de relojes internos – En mayo, Blackrock anunció su asociación con la Universidad de Northwestern para desarrollar un dispositivo inalámbrico totalmente implantable que tardará la mitad del tiempo que tardan las personas en recuperarse de los ciclos interrumpidos de sueño / vigilia. El proyecto, un esfuerzo de colaboración entre Blackrock, Northwestern, Rice University y Carnegie Mellon University, es parte de la nueva iniciativa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para abordar los desafíos de los viajes, incluidos el desfase horario, la fatiga y los problemas gastrointestinales. y respuesta inmune debilitada. Desarrollado principalmente para personal militar y socorristas, el equipo planea traducir esta tecnología para las muchas personas que sufren los efectos negativos de viajar largas distancias o trabajar largas e irregulares horas.

Medgadget: muchos dispositivos BCI se centran en aplicaciones físicas, como mover una silla de ruedas. ¿Por qué eligió desarrollar un sistema centrado en el texto?

Florian Solzbacher: La mayoría de nuestros pacientes con BCI hasta la fecha utilizan el implante para aplicaciones físicas como controlar una silla de ruedas o un brazo robótico. Pero no creemos que los casos de uso deban terminar ahí. Los objetivos inmediatos de esta iniciativa son demostrar que los pacientes experimentan una mayor independencia, una mejor calidad de vida y la capacidad de volver a la fuerza laboral con el uso de la plataforma. Sin embargo, esta tecnología también podría ayudar a los pacientes a controlar otros dispositivos externos, como un cursor de pantalla, una silla, un vehículo, un brazo robótico o un manipulador.

Con el objetivo de comercializarlo en 2022, esperamos ponerlo en manos de muchos más pacientes. Eso es increíblemente importante para nosotros.

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NeuroPort Array de Blackrock, la configuración aprobada por la FDA del Utah Array implantado en humanos.

Medgadget: Bríndenos una descripción general de la nueva plataforma de pensamiento a texto que ha sido desarrollada por Blackrock. ¿Cómo funciona y cómo es su uso?

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El pedestal del conector Neuroport se utiliza en pacientes humanos y conecta la matriz implantada a un dispositivo / computadora externos.

Florian Solzbacher: Esta plataforma BCI consta de un implante, electrónica miniaturizada, software y un decodificador. Mientras un paciente piensa, los electrodos implantados en el cerebro leen los patrones de disparo eléctrico de las neuronas y envían esas señales a través de un conjunto de cinco decodificadores de software de aprendizaje automático patentados. Con esta tecnología de vanguardia, los pacientes con habilidades de comunicación limitadas pueden crear texto pensando o imaginándose a sí mismos escribiendo o escribiendo a mano. Entonces, usar el dispositivo se convierte en una segunda naturaleza, ya que en realidad solo responde al pensamiento natural.

Medgadget: ¿Cómo han sido los resultados con el nuevo sistema?

Florian Solzbacher: Gracias a los algoritmos con licencia de la Universidad de Stanford, los primeros estudios con esta plataforma han demostrado velocidades de escritura hasta diez veces más rápidas que otras opciones de decodificación de comunicaciones BCI. Los estudios muestran que se escribe hasta 90 caracteres por minuto con una precisión en vivo del 94% entre el pensamiento y el texto. Esa precisión mejora al 99% con el trabajo de autocorrección de posprocesamiento.

El objetivo final es permitir funciones de comunicación a la par con las de una persona sin discapacidad. El progreso es realmente increíble.

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Medgadget: ¿Hacia dónde cree que irán los dispositivos BCI en el futuro? ¿Cree que los sistemas mínimamente invasivos y sin implantes son una posibilidad? ¿La tecnología verá una mayor adopción?

Florian Solzbacher: Estamos viendo el comienzo de una revolución en el uso de BCI para el diagnóstico y tratamiento de trastornos neurológicos y discapacidades. Más adelante, hay una serie de aplicaciones que pueden obtener beneficios al utilizar nuestra plataforma tecnológica, incluida la restauración del tratamiento o la mitigación del dolor, la pérdida de audición, la depresión, las convulsiones, la pérdida de memoria, posiblemente la depresión y muchas otras. La miniaturización, el aprendizaje automático y las capacidades inalámbricas continuarán mejorando las capacidades funcionales y el rendimiento. Es probable que la cirugía también se vuelva (según el caso de uso) menos invasiva, más rápida y más automatizada, y veremos que más centros clínicos ofrecen estas soluciones.

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Las matrices Blackrock MicroFlex, actualmente en estudios con animales, están hechas de material de poliimida flexible y pueden colocarse profundamente en el cerebro (invasivas) o en la superficie del cerebro (menos invasivas).

Nuestra mayor esperanza es que más personas recuperen sus funciones y se integren mejor, contribuyan y participen en la sociedad. Cuando se restablezca la independencia y las personas puedan regresar a la fuerza laboral, creo que veremos que más pacientes, médicos y proveedores de seguros harán de esta una primera opción, en lugar de un último recurso.

Dentro de 20 a 30 años, preveo que este tipo de implantes será tan común como los marcapasos cardíacos en la actualidad. Anticipo que también veremos una aceleración del conocimiento y la percepción, y un ecosistema más grande en general, lo que creará más opciones y oportunidades para los usuarios de la tecnología.

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Enlace: Blackrock Neurotech …

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