Neurotecnología en aviación militar. El Ejército del Aire trabaja en un neurocasco para sus pilotos

La neurotecnología tiene, cada vez más, un interés estratégico en el campo militar y específicamente en las operaciones en el dominio cognitivo, o en la denominada guerra cognitiva. Esta nueva disciplina es un claro ejemplo de una tecnología intrínsecamente dual, al tener aplicación en el ámbito civil como es caso en medicina, y en el ámbito militar como veremos a lo largo de este capítulo.

El gran desarrollo que ha tenido la neurotecnología en los últimos años viene impulsado por la convergencia entre la ingeniería biomédica y la neurociencia. La ingeniería biomédica es la disciplina que aplica los principios de la ingeniería en medicina, desarrollando nuevos métodos y tecnologías que mejoran el diagnóstico, tratamiento, monitorización y prevención de enfermedades. Su campo de aplicación abarca cualquier disciplina clínica, pero es la neurociencia, como área que estudia el sistema nervioso (cerebro, médula espinal y neuronas sensitivas o motoras), una de las más relevantes debido a los importantes cambios demográficos generados por el envejecimiento de la población en las sociedades occidentales.

La neurotecnología comprende un conjunto de tecnologías para comprender el cerebro, visualizar sus procesos e incluso controlar, reparar o mejorar sus funciones. Comprende un conjunto de herramientas diagnósticas y terapéuticas diseñadas para comunicarse con el sistema nervioso o modularlo. Se fundamenta en diferentes técnicas para registrar la actividad cerebral (neuromonitorización y neuroimagen) y estimular partes del cerebro a voluntad (neuroestimulación y neuromodulación). Las técnicas no invasivas permiten la acción desde el exterior, mientras que las técnicas invasivas requieren la implantación de electrodos mediante cirugía. Algunas de las áreas principales de la neurotecnología son la neuromonitorización, la neuroimagen, la neuroestimulación, la neuromodulación, las interfaces cerebro-computadora (ICC) y la neuroética.

Las aplicaciones clínicas de la neurotecnologías son muchas como es el diagnóstico y tratamiento de enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer), el tratamiento de trastornos neurológicos y mentales, la restauración de funcionalidad y movilidad (personas con discapacidad), el manejo del dolor, la mejora de la salud cerebral y la rehabilitación y recuperación tras un daño cerebral adquirido (traumatismo craneoencefálico e ictus)

En el ámbito militar, la neurotecnología está suponiendo una revolución en las capacidades de conocer la situación cognitiva de los combatientes y dentro de la aviación militar, el ambicioso objetivo de mejorar la seguridad y el desempeño de los pilotos de combate.

Neurotecnología e IA en aviación militar: el proyecto del Ejército del Aire y del Espacio y la Universidad Politécnica de Madrid

La Universidad Politécnica de Madrid tiene una amplia experiencia en el campo de la neurotecnología y, de igual forma, mantiene una larga trayectoria de colaboración con el Ejército del Aire y del Espacio. Dentro de esta colaboración surgió hace varios años la necesidad de trabajar conjuntamente en la aplicación de la neurotecnología y la inteligencia artificial en la aviación militar.

Esta colaboración estratégica se inició con la definición de un plan de investigación, en etapas evolutivas en el tiempo y en complejidad, para desarrollar un conjunto de metodologías y tecnologías que consigan: 1) la monitorización fisiológica y cognitiva de pilotos en escenarios operacionales (simulador, vuelo); 2) la evaluación del rendimiento y la carga cognitiva del piloto; 3) la detección y modelado de estados de riesgo cognitivo mediante IA (conciencia situacional, escenarios operacionales críticos, neurofeedback); 4) el desarrollo de interfaces cerebro-máquina (“brain-computer interface”) no invasivas; para llegar a construir un “neurocasco”.

El desarrollo y la implementación de estas capacidades supuso la creación en la UPM, del centro NeuroTechAI, inicialmente asociado al programa DIANA de la OTAN, y constituido a su vez por investigadores de 4 Centros de la UPM: Centro de Tecnología Biomédica (CTB), Centro de Procesado de la Información y las Telecomunicaciones (IPTC), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) y Centro de I+D+i en Inteligencia Artificial (AI.nnovation Space).

Durante los últimos años, ambas instituciones han llevado a cabo un extenso programa de pruebas, comenzando por la selección e integración de dispositivos capaces de operar en las condiciones extremas de una cabina de caza, y evaluando su ergonomía y compatibilidad con los cascos y equipamientos militares. Estas pruebas se realizaron inicialmente en los laboratorios de investigación de la UPM, posteriormente en simuladores del EF-18, y finalmente en plataforma con un avión real.

El casco durante la prueba (Ejército del Aire y del Espacio)

Una experiencia pionera: neuromonitorización de pilotos de caza F-18

A finales del año pasado, el Ala 12 de la Base Aérea de Torrejón fue el escenario de una experiencia pionera de neuromonitorización de un piloto operativo en un avión EF-18 completamente funcional en tierra, culminando el desarrollo previo realizado sobre el simulador de vuelo de F-18 de esa misma unidad. La experiencia permitió demostrar que es factible la adquisición de señales neurofisiológicas en un entorno aeronáutico operativo, y abrir la puerta a futuros vuelos de ensayo, pioneros en el mundo.

El ejercicio consistió en la integración de un sistema comercial de registro de electroencefalografía (EEG) no invasivo dentro del casco militar, adaptándolo a las restricciones reales de una cabina de caza con la aeronave en marcha y en movimiento en tierra, y la visualización y registro de las señales neurofisiológicas del piloto en la tablet que el piloto lleva sujeta a su pierna. Estas tecnologías de monitorización, combinadas con métodos avanzados de inteligencia artificial y procesamiento de señal, permitirán obtener indicadores objetivos del estado cognitivo del piloto, medir su conciencia situacional y evaluar en tiempo real sus respuestas fisiológicas en condiciones operativas reales de alta demanda.

Los principales resultados de esta experiencia han sido: 1) la evaluación de la ergonomía y la compatibilidad de la neurotecnología con los cascos y equipamientos militares; 2) la integración de dispositivos neurofisiológicos comerciales en el casco de piloto; 3) la adquisición de señales neurofisiológicas en un entorno aeronáutico operativo; y 4) el análisis de señales neurofisiológicas por métodos y técnicas de IA para la extracción de características que valoren la carga cognitiva del piloto.

Todas estas capacidades, así como otros desarrollos tecnológicos en el campo de la neurotecnología y la inteligencia artificial que están realizando las instituciones mencionadas, fueron presentadas en detalle en las jornadas BACSI26, que se celebraron en la Maestranza y Base Aérea de Albacete los días 18 y 19 de marzo.

A lo largo de los próximos meses, está previsto continuar las pruebas en escenarios operativos cada vez más exigentes, analizando las señales registradas y avanzando en nuevas experiencias de evaluación de carga cognitiva en vuelos reales. Estos trabajos de investigación pretenden caracterizar en tiempo real la conciencia situacional del piloto en situaciones operativas de alta exigencia, contribuyendo a mejorar la seguridad y el rendimiento en misiones aéreas

Los pilotos de los aviones de combate podrán beneficiarse de la neurotecnología (Estado Mayor de la Defensa)

Avanzando hacia el futuro: un neurocasco para el piloto

El trabajo de investigación que están realizando el EA y la UPM forma parte de un ambicioso proyecto orientado al desarrollo de un “neurocasco” para pilotos, capaz de integrar tecnologías de neuromonitorización y, en el futuro, desarrollar sistemas neuroadaptativos que faciliten una aviación más segura y eficiente.

Conclusión

La neurotecnología es fundamental en la neurociencia moderna porque está consiguiendo comprender mejor los fundamentos de la fisiología del cerebro y la fisiopatología de las enfermedades neurológicas a una escala y precisión sin precedentes. En la actualidad, no solo permite neuromonitorizar la actividad cerebral sino avanzar hacia la neuroestimulación y neuromodulación de nuestro cerebro.

La neurotecnología nos está permitiendo hablar con un ordenador, teléfono o con otra persona con señales cerebrales, controlar dispositivos con el cerebro, y a su vez, promete ser capaz de conocer las emociones, mejorar las capacidades humanas e inclusive grabar o cambiar recuerdos. Conseguir estos logros científicos y tecnológicas también está planteando multitud de dilemas éticos asociados a preservar la identidad, el libre albedrío, la privacidad, la equidad o minimizar los sesgos en su uso.

En este artículo, nos hemos centrado en la aplicación de la neurotecnología y la IA en el campo de la aviación militar, con un futuro muy prometedor en áreas como la detección del estado cognitivo de los pilotos, la evaluación cognitiva y el rendimiento del personal de vuelo en tareas de entrenamiento, la monitorización de riesgos, la optimización de la toma de decisiones y conciencia situacional, y la mejora cognitiva.

Con el ambicioso objetivo de trabajar en neurotecnología e IA en la aviación militar, el EA y la UPM iniciaron hace varios años una colaboración estratégica que tiene por objetivo último mejorar la seguridad y el desempeño del personal de vuelo, a través de la integración de neurotecnología e IA en aeronaves de caza. (Enrique J. Gómez Aguilera, Catedrático de la UPM y director de NeuroTechAI y Rafael Gómez Blanco, General de División del Ejército del Aire y del Espacio)