Tálamo: un sistema en tiempo real para la captura sincronizada y en bucle cerrado de datos multimodales conductuales y electrofisiológicos

Por qué es importante registrar cerebro y cuerpo juntos

La neurocirugía moderna y las interfaces cerebro–ordenador dependen de observar simultáneamente lo que hacen el cerebro y el cuerpo con gran precisión. Sin embargo, en un quirófano ocupado, distintos aparatos vigilan el cerebro, los músculos, el corazón y el movimiento por separado, a menudo sin un reloj compartido. Este artículo presenta Tálamo, un sistema de software abierto que agrupa todas estas señales en tiempo real, ayudando a médicos e investigadores a entender mejor cómo la actividad cerebral se relaciona con el comportamiento y cómo probar con seguridad nuevas terapias.

Un único centro para muchas señales

Tálamo está diseñado como un núcleo central que puede escuchar muchos tipos de sensores ya presentes en los hospitales, como electrodos cerebrales, guantes de captura de movimiento, cámaras y monitores cardíacos. En lugar de tratar cada dispositivo como una isla, Tálamo marca temporalmente cada flujo a su llegada para que las ondas cerebrales, los movimientos de la mano y otras lecturas puedan alinearse hasta fracciones de milisegundo. Esta vista sincronizada resulta especialmente valiosa durante procedimientos neuroquirúrgicos breves y delicados, donde hay poco espacio o tiempo para hardware adicional.

Cómo está construido el sistema

Para mantener el ritmo del gran flujo de datos, Tálamo usa un diseño de dos capas. Una capa en Python, amigable para el usuario, ejecuta el panel de control y la pantalla del experimento que ven el investigador y el paciente. Una capa más rápida en C++ maneja el trabajo exigente de capturar datos de los dispositivos, moverlos a través de una cadena de pasos de procesamiento y guardarlos. Estos pasos se organizan en “nodos” modulares, cada uno de los cuales puede adquirir, transformar o almacenar datos. Los investigadores pueden combinar nodos para conectar nuevos sensores, calcular medidas simples como la potencia de la señal o activar otros dispositivos, manteniendo el sistema estable y sensible.

Retroalimentación en tiempo real y seguridad

Un objetivo clave de Tálamo es cerrar el bucle entre el sensado y la acción. El software puede vigilar las señales entrantes, realizar cálculos en tiempo real y luego enviar retroalimentación oportuna, como controlar una mano virtual o activar hardware de estimulación cerebral. Los autores midieron cuánto tardan estos bucles mediante una serie de pruebas de banco. Demuestran que Tálamo puede detectar un cambio y responder en mucho menos de un milisegundo dentro del software, y en el orden de un milisegundo al incluir tarjetas comunes de adquisición de datos. El uso cuidadoso de herramientas modernas de comunicación ayuda al sistema a detectar errores, evitar la pérdida de datos y recuperar casi toda la información incluso si un proceso informático se detiene de forma abrupta.

Comprobando la precisión en el laboratorio y el quirófano

El equipo verificó que Tálamo mantiene alineados los distintos flujos de datos construyendo circuitos de prueba simples y combinándolos con guantes de captura de movimiento y cámaras. Cuando se soltaba un botón, el aumento de voltaje, el movimiento registrado del dedo y el cambio de luz de un LED coincidían dentro de unos pocos milésimos de segundo. También sometieron al sistema a estrés incrementando las tasas de fotogramas de vídeo y calculando resúmenes detallados de la señal cerebral, y comprobaron que la sincronización permanecía ajustada incluso al aumentar la carga de trabajo. Finalmente, llevaron Tálamo al quirófano con pacientes sometidos a cirugía de estimulación cerebral profunda. Allí, el software registró movimientos finos de la mano junto con señales de electrodos en una región cerebral profunda vinculada al movimiento, revelando la caída esperada en cierta actividad rítmica cerebral mientras los pacientes movían las manos.

Qué significa esto para la atención al paciente y la investigación

Desde una perspectiva divulgativa, Tálamo actúa como un director de orquesta altamente preciso, manteniendo muchos “instrumentos” médicos sincronizados para que las complejas interacciones entre cerebro y cuerpo se vean con claridad en lugar de deducirse a posteriori. Porque se apoya en el equipamiento hospitalario existente, es de código abierto y ha sido probado tanto en bancada como en cirugías reales, Tálamo reduce la barrera para llevar a cabo experimentos ricos y basados en datos en entornos clínicos. Con el tiempo, esas vistas sincronizadas de las señales cerebrales y el comportamiento podrían respaldar interfaces cerebro–ordenador y terapias más personalizadas, facilitando ajustar los tratamientos a cada individuo sin añadir riesgo ni carga en el quirófano.

Cita: Haggerty, J., Qureshi, Q., Gabriel, E.D. et al. Thalamus: a real-time system for synchronized, closed-loop multimodal behavioral and electrophysiological data capture. Commun Eng 5, 93 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00646-z

Palabras clave: neurociencia multimodal, interfaz cerebro-ordenador, captura de datos en neurocirugía, registro neural en tiempo real, neuromodulación en bucle cerrado