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Todos los derechos de la imagen pertenecen a Graham Murdoch (https://www.behance.net/mmdi), quien concedió su permiso para usar ésta y el resto de
las imágenes de su autoría en este artículo.
De seres vivos a cyborgs
Silvia Zenteno
Desde el principio de su historia, nuestra especie se ha destacado por un inextinguible deseo de control sobre lo que la rodea y ha empleado diferentes métodos para hacer que los demás animales (humanos incluidos) sigan instrucciones, empezando por el entrenamiento condicionado. Ejemplos de esto sobran, y van desde las mascotas y animales domésticos, hasta animales de rescate o los que se han usado por simple entretenimiento en los circos. Finalmente hemos llegado a un momento en el que es posible implementar técnicas avanzadas, como la estimulación eléctrica, la epidérmica o la ultrasónica, para crear seres vivos
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cuyos comportamientos pueden ser manipulados a voluntad, conocidos como robo-animales o biorobots.
Los biorobots son animales a los que se equipa con una interface computadora-cerebro para controlar su comportamiento. Hasta cierto punto, harán lo que sea que su operador les ordene, incluso cosas que van en contra de sus instintos, lo que le agrega un tono un tanto siniestro desde el punto de vista ético.
Debido a su componente biológico, los biorobots pueden ser usados en tareas en las que presentan grandes ventajas frente a los robots convencionales, como las de búsqueda de víctimas en zonas de desastre, de exploración, de espionaje y en estudios de funcionamiento neurofisiológico, así como de comportamiento animal.
Uno de los ejemplos más conocidos de biorobots, y que además es comercial, es la robo-cucaracha llamada “Roboroach”, y no me refiero a la caricatura canadiense que se transmitía hace unos diez años por Once Niños, del Canal Once, aunque la idea es algo parecida.
Figura 1. Captura de pantalla del inicio del programa de televisión animado Roboroach, perteneciente a la compañía productora Portafolio Entertaiment.
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Cerebros en tu patio trasero
Hace un año la compañía Backyard Brains, fundada por el ingeniero biomédico Greg Gage y el biólogo Tim Marzullo, lanzó “el primer cyborg comercialmente disponible en el mundo”. El paquete de la Roboroach incluye tres juegos de electrodos, una pila y un chip; lo necesario para que uno mismo haga la cirugía en la cucaracha. Cuesta 99 dólares, pero si agregas 50 te enviarán también una docena de cucarachas vivas.
Todo empezó cuando usaron los circuitos controladores de un juguete llamado “HexBug Inchworm” (ver figura 2), un robot parecido a un insecto, y los modificaron para que estimularan adecuadamente los nervios de las antenas de cucarachas. La Roboroach ya hasta viene con una aplicación para Smartphone que permite enviar frecuencias al cerebro de la cucaracha y controlar desde el teléfono al insecto para que gire a la derecha o a la izquierda. O al menos así era hasta que muchos grupos activistas defensores de animales comenzaron a demandar que se detuviera su venta.
Figura 2. Robot de juguete Hexbug Spider, parecido al Inchworm, junto con su control remoto. Esta imagen está licenciada bajo Creative Commons 3.0 (BY-SA) y fue obtenida
de: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hexbug_Spider.JPG
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Robot + cockroach (cucaracha) = Roboroach
Dejando las cuestiones bioéticas de lado por ahora, regresemos al asunto de las cucarachas, ¿cómo es eso de que te venden el material para que tú mismo hagas la cirugía?
En realidad uno podría construir su propia robo-cucaracha sin necesidad de comprar el paquete que venden en Backyard Brains, ya que las partes electrónicas se pueden obtener de un juguete a control remoto y por mucho menos dinero. Todo lo que se necesita es una cucaracha (yo sé, ¡qué asco!), un estimulador eléctrico, un radiotransmisor equipado con un microcontrolador remoto y una microbatería.
Los pasos a seguir se pueden ver en este video: https://www.youtube.com/watch?v=V2zNOP6RqRk. De manera escueta lo que se hace es conectar tres cables de plata a los tres electrodos del conector. Se anestesia a la cucaracha con hielo y se le pega el conector en la cabeza. Uno de los cables de plata, el que servirá para hacer tierra, se mete por un agujero que se le hace a la cucaracha en el tórax y se pega. Luego se cortan las antenas un poco y los otros dos cables se introducen en cada antena y se pegan (ver figura 3, panel izquierdo). Después se pega temporalmente el chip en el dorso de la cucaracha y se enchufa con el conector (ver figura 3, panel derecho).
Este chip contiene tanto el radiotransmisor que recibe los comandos a distancia, como el estimulador que transfiere los comandos con un pulso eléctrico al cerebro, generando sensaciones virtuales. Aunque es un poco pesado, las cucarachas son capaces de levantar 20 veces su peso, así que les es posible caminar con él encima.
Como pueden ver, aunque tal vez se requiera una cierta habilidad manual para insertar los electrodos, en realidad no es tan complejo el convertir
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una cucaracha en un cyborg —acrónimo de organismo cibernético—, lo cual puede resultar fascinante y al mismo tiempo perturbador.
Figura 3. Cirugía para crear una robo-cucaracha. En el panel de la izquierda se muestra la inserción de los cables del conector en las antenas. En el panel derecho se muestra el biorobot completo con el chip montado. Todos los derechos de la imagen pertenecen a
Graham Murdoch (https://www.behance.net/mmdi)
En el caso de las robo-cucarachas, los electrodos se conectan a la parte del cuerpo desde donde se enviarán los estímulos eléctricos al cerebro, pero también se pueden implantar microelectrodos directamente en áreas funcionales específicas del cerebro. Esta idea no es muy nueva, es la misma que se usa para que las personas muevan sus prótesis a voluntad con sólo pensarlo, pero puesta a la inversa, es decir, en vez de que un organismo controle un aparato eléctrico, el aparato controla al ser vivo. De hecho, la microestimulación se usa para tratar el Parkinson y los implantes cocleares.
Los seres vivos también son eléctricos
Como muchos sabrán, las neuronas se envían información entre ellas usando pulsos eléctricos. En las robo-cucarachas, cuando se presiona el botón de la derecha o de la izquierda en el control remoto, éste envía la
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señal al radiotransmisor y el estimulador al que está conectado lanza un impulso eléctrico hacia la antena por el cable correspondiente.
Las antenas están cubiertas por miles de pelos y cada uno contiene una neurona receptora del tacto —o mecanorreceptora— y de una a cuatro neuronas receptoras de químicos —o quimiorreceptoras— (ver figura 4).
Figura 4. Sistema nervioso de la cucaracha. Las antenas se dividen en tres partes: escapo, pedicelo y flagelo, y todas tienen pelos con neuronas receptoras. En la parte inferior izquierda se muestra una comparación entre el Sistema Nervioso Central (SNC) de los humanos y el de las cucarachas, y a la derecha las partes del SN de estas últimas.
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Las antenas son muy sensibles a los estímulos táctiles e incluso pueden ser capaces de discriminar texturas. Los mecanorreceptores flagelares sirven para encontrar objetos mientras las cucarachas caminan y exploran, y para identificar el estímulo, mientras que los mecanorreceptores del pedicelo ayudan a ubicarlos en el espacio. Conforme el flagelo se mueve por una superficie, sus pelos receptivos interactúan con la textura y esto estimula los mecanorreceptores flagelares directamente. Estas vibraciones mecánicas activan a los mecanorreceptores del pedicelo con los que están comunicados, y éstos envían la información al cerebro.
Como se ven la siguiente figura, en las antenas cortadas el chip se comunica directamente con las neuronas receptoras a través de pequeños impulsos eléctricos que simulan la estimulación eléctrica de la actividad neuronal.
Figura 5. Estimulación eléctrica artificial que se da en las antenas de las robo-cucarachas.
¿Quién engañó a Roboroach?
¿Pero cómo es que al mandar pulsos eléctricos por la antena se logre controlar a una cucaracha como si fuera un robot? Puede que a algunos les suene a que les están tomando el pelo, pero en realidad a quienes están engañando es a las cucarachas.
Estos animales poseen un par de antenas largas y delgadas porque las usan para navegar por el mundo. En la mayoría de los insectos las
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antenas son movidas activamente, un papel vital para que puedan detectar eficientemente la posición, forma, textura e identidad química de los objetos que los rodean al caminar, escapar, reconocer pareja y comunicarse con sus congéneres.
Cuando las antenas tocan algún objeto, la información es enviada hasta las neuronas motoras de las patas de la cucaracha para que gire y se aleje del obstáculo (ver figura 4), pues las señales táctiles les sirven para evitar depredadores como el sapo de caña, el ratón, la mantis y la araña lobo. La cucaracha usa esos mismos sensores para seguir las paredes durante su escape.
En las robo-cucarachas, cuando el chip dispara el pulso eléctrico a las neuronas de las antenas, hace pensar a la cucaracha que tiene un obstáculo al frente y ella responderá girando como si se tratara de un estímulo sensorial verdadero. (Video: http://ibionics.ece.ncsu.edu/EMBC_12.wmv)
Figura 6. Robo-cucaracha controlada remotamente. Todos los derechos de la imagen pertenecen a Graham Murdoch (https://www.behance.net/mmdi)
¡1, 2, 3, toca la pared!
La respuesta evasiva de la cucaracha ante un estímulo es impresionantemente rápida, de 20 milisegundos, lo que implica que la vía
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de la neurona receptora a la de los músculos de las patas es relativamente corta. En este lapso la cucaracha discrimina el estímulo, lo interpreta, lo integra y genera un patrón motor. Además, siempre gira en dirección contraria a la del estímulo, incluso en cucarachas ciegas.
Esto se debe a que los mecanorreceptores de la antena de un lado se conectan con la interneurona del lado contrario cuando entran al cerebro (ver figura 7). Las interneuronas son las que llevan la información a las neuronas motoras. Cuando una antena —digamos la derecha— recibe un estímulo, la interneurona a la que está conectada —es decir, la de la izquierda— lanza impulsos en mayor número y amplitud que la del otro lado, y la cucaracha gira hacia el lado del que salió el primer disparo de mayor amplitud —es decir, a la izquierda—, alejándose del objeto que la tocó (ver Figura 7). Estos patrones de actividad también predicen el ángulo de amplitud del giro, dependiendo del número de impulsos de gran amplitud disparados, los cuales se definen a su vez por la posición de la antena.
Figura 7. Respuesta de evasión ante el estímulo de la antena (respuesta contralateral) y ante el estímulo directo de las interneuronas (respuesta ipsilateral), ver texto.
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Algo que se observa en las Roboroach es que dejan de responder a la microestimulación después de algunos minutos. Se cree que esto se debe a que el cerebro aprende y se adapta a los estímulos porque son periódicos, de la misma forma en que nosotros dejamos de escuchar el motor del refrigerador o el tic tac de un reloj después de un rato. Si el estímulo se da al azar, la cucaracha tarda más tiempo en adaptarse, ya que estar habituado a un tipo de estímulo no detiene la respuesta a estímulos diferentes. Si se deja a las cucarachas descansar por unas horas, al volver a estimularlas responden otra vez.
Es importante aclarar que aunque existe un cierto grado de modularidad, no es posible caracterizar un comportamiento en términos de un simple estímulo-respuesta, ni encontrar una única neurona que corresponda a algún comportamiento en particular. Aún falta mucho por saber sobre los mecanismos biológicos de las funciones neuronales para controlar el comportamiento.
¿Neuro-revolución o maldición imperdonable?
Las robo-cucarachas se pueden usar para mapear una zona de desastre y localizar sobrevivientes, para desarrollar modelos neurofisiológicos de comportamiento animal, en la milicia, para recolección de información geográfica, espionaje y exploración, y ayudan a entender las propiedades y funcionamiento del sistema nervioso. Además, la tecnología usada en los biorobots tiene un gran potencial para mejorar la calidad de vida de las personas al desarrollar nuevas soluciones terapéuticas para la epilepsia, Parkinson, parálisis, ceguera y desordenes neuromusculares severos, entre otros. Sin embargo, esta tecnología puede utilizarse en otros campos como el de la industria del juego y el entretenimiento.
Los creadores de Backyard Brains explican que el objetivo de la compañía es causar una “neuro-revolución” al hacer la ciencia accesible a cualquiera
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e inspirar a los niños para que se interesen en el campo de la neurociencia y en un futuro se dediquen a ella. Pero los críticos dicen que la venta de las Roboroach está enviando el mensaje equivocado, ya que promueve que los niños hagan operaciones invasivas en organismos vivos y que los consideren meras máquinas, herramientas o juguetes (hay incluso algunos que ya de plano exageran y los acusan de formadores de los futuros psicópatas). Y es cuando me surge la pregunta: ¿qué es más importante: enseñar a los niños neurociencia o bioética? Gage dice que en su experiencia trabajar cercanamente con los insectos en experimentos puede sensibilizar a los estudiantes al hecho de que las cucarachas “son similares a nosotros y tienen las mismas neuronas”. El problema es que no se puede estar seguro del mensaje que tomarán los niños.
Los ingenieros de Backyard Brains dicen que las cucarachas sienten muy poco o nada de dolor por la estimulación y que en caso de sentirlo, como los insectos tienen memoria corta, no lo recordarán por mucho tiempo. Ésta es una aseveración que causa mucha polémica. En primer lugar, entre los expertos aún está en discusión la duración de la memoria en los insectos, y en caso de que sientan dolor, por más corta que fuera, igualmente es un dolor que se les hace sentir varias veces, por lo que no es un argumento a favor del uso de este dipsositivo. En segundo lugar, también está a discusión si los estímulos eléctricos provocan dolor o no. El Dr. Bozkurt, quien trabaja con robo-cucarachas, dice que la habituación del insecto a los estímulos aplicados se malinterpreta como tal y que en realidad lo que pasa es que la estimulación eléctrica se realiza en rangos demasiado elevados, causando un daño irreversible en la cucaracha. Sin embargo, esto no concuerda con que al dejar a las cucarachas descansar el tiempo suficiente vuelven a ser susceptibles a los estímulos, aunque tampoco quita que al estar usando los circuitos de un juguete, estos probablemente no estén dentro del rango adecuado para los animales.
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La compañía también argumenta que los insectos son regresados a su casa cuando se acaba el “experimento”, y que pueden volver a sus vidas normales, ya que el chip se les despega de la espalda para que no les estorbe su peso y sólo se quedan con el conector de la cabeza. Uno se pregunta ¿qué vida normal pueden tener cuando les han cortado los órganos que les sirven para explorar el mundo?
Y sí, uno podrá matar a las cucarachas de su casa para evitar una plaga, pero es por razones de “supervivencia”, ya que son los insectos que transmiten más enfermedades, pero otra cosa es manipularlas sólo en aras de la educación. El que los niños experimenten con ellas no está agregando nada al conocimiento científico de la humanidad, además de que hay otras formas de enseñarle a los niños sobre el sistema nervioso. Por ejemplo, los mismos miembros de Backyard Brains se ofrecen a ir a las escuelas a dar conferencias en las que le cortan una pata a una cucaracha y la conectan a unos electrodos por los que le pasan electricidad para hacer que se mueva. Esto no es mejor que cortarles las antenas, pero no transmite al niño la idea de poder sobre el animal y sólo uno es suficiente para que muchos niños aprendan a la vez.
Finalmente, queda la cuestión ética del control sobre otro ser vivo. Por un lado, aunque las cucarachas estén anestesiadas durante la operación, e incluso asumiendo que los estímulos no les causen ningún daño, nadie puede asegurar que el control sobre ellas no les cause estrés, y esto se vuelve más preocupante cuando se trata de robo-animales con una complejidad psicológica mayor. Por otro lado, ¿en dónde está el límite de lo que se les puede obligar a hacer? A las robo-cucarachas se las puede obligar a ir a sitios a los que instintivamente se negarían, como lugares iluminados o espacios abiertos, cosa que en un principio parecería inofensiva, pero ¿y si se les obligara a hacer algo más? Los fanáticos de Harry Potter recordarán aquella escena en la que Ojoloco Moody usa una
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araña para enseñarles a los alumnos la maldición imperius, con la que se pueden controlar las acciones de otro ser vivo. En un inicio todo parece divertido, hasta que Moody les pregunta: “¿Qué quieren que haga ahora, que salte por la ventana?, ¿que se ahogue?”. Podría decirse que los biorobots son la versión de la vida real de la maldición imperius, la cual en la saga es parte de las llamadas “maldiciones imperdonables”, ¿por qué será?
Figura 8. “¿Qué quieren que haga ahora, que salte por la ventana?, ¿que se ahogue?”. Captura de pantalla de la película “Harry Potter y el cáliz de fuego” cuyos derechos están
reservados por Warner Bros Movies.
No pretendo darle al lector las respuestas a los problemas éticos de los biorobots, sólo despertar en ellos la duda y quizás una discusión sobre el tema. Todos estos argumentos en contra de las Roboroach podrían aplicarse en mayor o menor medida a cualquier tipo de experimentación en animales. Hay comités de ética que se encargan de revisar los protocolos experimentales para asegurarse (o eso sería lo ideal, aunque no
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siempre pasa) de que los animales sean tratados lo mejor posible y que el objetivo de su uso esté bien justificado. Los biorobots tienen muchos usos beneficiosos que de hecho justifican su uso según estos comités de ética, pero en el caso de la Roborach, incluso si es vendida como herramienta educativa y no como un juguete, ¿el fin de enseñar justifica los medios?
Bibliografía especializada
1. Comer, C.M., y Baba, Y., “Active touch in orthopteroid insects: behaviours, multisensory substrates and evolution”. Phil. Trans. R. Soc. B 366:3006-3015 (2011).
2. Comer, C.M., Parks, L., Halvorsen, M.B., Breese-Tertelling, A. “The antennal system of the cockroach and evasive behavior. II. Stimulus identification and localization are separable antennal functions”. J. Comp. Physiol. 189:97-103 (2003).
3. Ye, S. y Comer, C.M., “Correspondence of escape turning behavior with activity of descending mechanosensory interneurons in the cockroach, Periplaneta americana”. Journal of Neuroscience. 16(18):5844-5853 (1996).
4. Latif. T. y Bozkurt, A., "Line Following Terrestrial Insect Biobots," en la 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, San Diego, California, USA, pp. 972-975 (2012).
