La Neurona
A finales del siglo 19 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
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.
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
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.
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).
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.
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
sinapsis
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 | |
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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.
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.
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 -.
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.
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.
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.
- 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.
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.
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.
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 ELECTRICAS 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.
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.
http://www.une.edu.ve/electronica/neurona.htm
Enciclopedia Multimedia en
CD-Rom (Los
seres vivos)
http://www.geocities.com/RecearchTriangle/Lab/5196/redesn.html
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Artículo: Control de Ordenadores por
Señales Neurales. Investigación y Ciencia,
diciembre, 1996.
Enciclopedia Multimedia
Encarta 97’.
GUYTON Tratado de Fisiología Médica, 8ª Edic.
Interamericana -McGraw –Hill. 1993.
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técnica, 1981.
UNIVERSITAS Enciclopedia cultural, Salvat,
1971.
- Matías Ugarte
Autor:
Gustavo Luis Pavía
glp[arroba]ciudad.com.ar
La Neurona *
La Red Neuronal *
Historia De Redes Neuronales
Artificiales *
En Breve *
1943 Teoría de las Redes Neuronales
Artificiales *
1949 Conductividad de la sinápsis en las Redes
Neuronales. *
1951 Primera Red Neuronal *
Las Redes Neuronales Artificiales *
Sistema Experto. *
Interpretación De La Neurona Por Computadora *
La Neurona Artificial *
Entrenamiento. *
Método de transmisión de la
información en el cerebro *
Compuerta lógicas *
Funcionamiento de las
sinapsis *
Diferencias entre el cerebro y un
ordenador *
Un superordenador llamado cerebro *
Diferencias entre el cerebro y una
computadora *
Similitudes entre el cerebro y una
computadora *
Control de Ordenadores por Señales
Neurales *
Reseña Histórica. *
Los Procesos. *
Aplicaciones. *
LOS IMPLANTES QUE SALVAN VIDAS *
RETINA ARTIFICIAL : *
OIDO ARTIFICIAL : *
MOTROCIDAD ASISTIDA : *
MINIBOMBA PARA DIABETICOS : *
MINI DESFIBRILADOR :] *
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DESCARGAS ELECTRICAS CONTRA LA
EPILEPSIA : *
VIVIR SIN DOLOR : *
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