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O que você precisa saber sobre tecnologia controlada pela mente

Fonte: Thinkstock

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Controlar um objeto ou videogame com a mente soa como algo saído de um filme de ficção científica, mas dispositivos que traduzem ondas cerebrais em comandos que controlam um computador já são uma realidade. A tecnologia controlada pela mente usa uma interface cérebro-computador para estabelecer um caminho de comunicação entre o cérebro do usuário e um dispositivo externo. Ele tem o potencial de aumentar ou até mesmo reparar problemas de audição, visão ou movimento dos pacientes. Sensores de EEG foram incorporados a sistemas de jogos que permitem ao jogador controlar o que acontece na tela com um fone de ouvido, exoesqueletos controlados por EEG traduzem os sinais cerebrais dos usuários em movimentos e eletrodos implantados permitem que os pacientes controlem os membros biônicos.

A tecnologia controlada pela mente na qual os pesquisadores estão trabalhando hoje teve seu início na década de 1920, quando os pesquisadores descobriram a atividade elétrica do cérebro humano e desenvolveram a eletroencefalografia (EEG), a prática de registrar essa atividade elétrica ao longo do couro cabeludo. Os pesquisadores descobriram que os neurônios transmitem informações por meio de “picos” elétricos, que podem ser registrados com um fio de metal fino ou eletrodo. Em 1969, um pesquisador chamado Eberhard Fetz havia conectado um único neurônio no cérebro de um macaco a um mostrador que o animal podia ver. O macaco aprendeu a fazer o neurônio disparar mais rápido para mover o dial a fim de obter uma recompensa e, embora Fetz não tenha percebido na época, ele havia criado a primeira interface cérebro-máquina.



30 anos atrás, fisiologistas começaram a registrar muitos neurônios em animais e descobriram que, enquanto todo o córtex motor se ilumina com sinais elétricos quando um animal se move, um único neurônio tende a disparar mais rápido em conexão com certos movimentos. Se você gravar sinais de neurônios suficientes, poderá ter uma ideia aproximada do movimento que uma pessoa está fazendo ou pretende fazer. Os pesquisadores desenvolveram algoritmos para reconstruir os movimentos dos neurônios do córtex motor e, na década de 1980, Apostolos Georgopoulos encontrou uma relação entre a resposta elétrica de neurônios individuais e a direção em que moviam seus braços. Desde meados da década de 1990, os pesquisadores foram capazes de capturar sinais complexos do córtex motor registrados de grupos de neurônios e usá-los para controlar dispositivos eletrônicos, construindo interfaces cérebro-computador que permitem o que chamaríamos de tecnologia controlada pela mente.

Embora o EEG tenha surgido como uma forma promissora para pacientes paralisados ​​controlarem dispositivos como computadores ou cadeiras de rodas - usando um boné e fazendo treinamento para aprender a controlar um dispositivo como uma cadeira de rodas, imaginando que estão movendo uma parte do corpo ou ativando comandos com tarefas mentais específicas - Technology Review do MIT relatou em 2010 que alguns pesquisadores notaram que o EEG tem precisão limitada e pode detectar um número limitado de comandos . Manter exercícios mentais enquanto tenta manobrar uma cadeira de rodas em um ambiente complexo pode ser cansativo, e a concentração necessária cria sinais mais ruidosos que podem ser mais difíceis de interpretar por um computador. Portanto, alguns estão experimentando o controle compartilhado, que combina o controle do cérebro com inteligência artificial para outra técnica que pode ajudar a transformar sinais cerebrais rudes em comandos mais complicados. Com o controle compartilhado, os pacientes precisariam instruir continuamente uma cadeira de rodas para se mover para frente. Eles só precisariam pensar no comando uma vez e o software assumiria a partir daí.

No ano passado, a Technology Review do MIT relatou um estudo em que uma mulher paralisada usou sua mente para controlar um braço robótico . Jan Scheuermann, uma mulher diagnosticada com uma doença chamada degeneração espinocerebelar, foi submetida a uma cirurgia cerebral na qual os médicos usaram uma pistola de ar para disparar duas camadas de agulhas de silicone, chamadas de matriz de eletrodos de Utah, em seu córtex motor, a estreita faixa de cérebro que funciona sobre o topo da cabeça para as mandíbulas e controla o movimento voluntário. Os implantes permitem que ela seja conectada a um braço robótico que ela controla com sua mente na Universidade de Pittsburgh, onde ele o usa para mover blocos, empilhar cones ou dar high fives.

A matriz de eletrodos de Utah registra de pequenas populações de neurônios para fornecer sinais para uma interface cérebro-computador. Em um array de Utah, os sinais são recebidos apenas das pontas de cada eletrodo, o que limita a quantidade de informações que podem ser obtidas de uma só vez. Mas os 192 eletrodos nos implantes de Scheuermann registraram mais de 270 neurônios simultaneamente, que é o maior número já medido em um único momento no cérebro de um humano.

Os pesquisadores do caso de Scheuermann demonstraram suas habilidades com o Action Research Arm Test, usando o mesmo kit de blocos de madeira, bolinhas e xícaras que os médicos usam para avaliar a destreza das mãos. Ela acertou 17 de 57 - quase tão bem quanto alguém com um derrame grave - enquanto sem o braço robótico, ela teria acertado zero. Mas algumas das deficiências da tecnologia tornaram-se aparentes e controlar o braço tornou-se mais difícil à medida que os implantes param de registrar com o tempo. O cérebro é um ambiente hostil à eletrônica, e os movimentos da matriz podem acumular tecido cicatricial com o tempo. Com o tempo, menos neurônios podem ser detectados.

Scheuermann é um dos cerca de 15 a 20 pacientes paralisados ​​em estudos de longo prazo de implantes que podem transmitir informações do cérebro para um computador. Nove outras pessoas passaram por testes semelhantes em um estudo relacionado, chamado BrainGate, e quatro pacientes 'presos', que são incapazes de se mover ou falar, recuperaram alguma capacidade de comunicação graças a um tipo diferente de eletrodo desenvolvido por uma empresa chamada Neural Sinais.

Em 2011, a Food and Drug Administration dos Estados Unidos disse que afrouxaria suas regras para testar 'tecnologias verdadeiramente pioneiras', como interfaces cérebro-máquina, e mais pesquisadores realizaram experimentos em humanos. Pesquisadores da Caltech querem dar a um paciente 'controle autônomo sobre o sistema operacional do tablet Google Android', e uma equipe da Ohio State University, em colaboração com a empresa de pesquisa e desenvolvimento Battelle, pretende usar os sinais cerebrais de um paciente para controlar estimuladores ligados a seu braço em um processo que Battelle descreve como 'reanimar um membro paralisado sob controle voluntário pelos pensamentos do participante'.

Jim Bob e Michelle Duggar bebê 20

Esses estudos baseiam-se no fato de que o registro da atividade elétrica de algumas dezenas de células no cérebro pode fornecer uma imagem bastante precisa de como alguém pretende mover um membro, e grande parte da tecnologia ainda é experimental. John Donoghue, neurocientista da Brown University que lidera o estudo BrainGate, compara as interfaces cérebro-máquina de hoje aos primeiros marcapassos, que dependiam de carrinhos eletrônicos e usavam fios perfurados através da pele até o coração. Alguns eram acionados manualmente. Donoghue explica: “Quando você não sabe o que está acontecendo, você mantém o máximo possível do lado de fora e o mínimo possível do lado de dentro.” Os marcapassos de hoje são independentes, alimentados por uma bateria de longa duração e instalados em um consultório médico, e Donoghue diz que as interfaces cérebro-máquina estão começando uma trajetória semelhante.

Os cientistas construíram decodificadores cada vez melhores - software para interpretar sinais neuronais - ao longo dos anos, o que lhes permitiu experimentar esquemas de controle mais ambiciosos. Os pesquisadores precisam criar uma interface que dure 20 anos. Resolver esse problema permitiria que milhares de pacientes controlassem cadeiras de rodas, cursores de computador ou até mesmo seus próprios membros. Os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver eletrodos ultrafinos, criar versões mais compatíveis com o corpo humano ou criar folhas de componentes eletrônicos flexíveis que poderiam envolver a parte superior do cérebro.

Novos dispositivos médicos precisarão ser seguros, úteis e economicamente viáveis ​​- requisitos que as interfaces cérebro-máquina não atendem atualmente. Ainda não está claro exatamente qual forma um produto potencial deve assumir. O produto de alto nível que a maioria dos pesquisadores tem em mente é uma tecnologia que tornaria a vida mais fácil para tetraplégicos. Mas existem apenas cerca de 40.000 pacientes nos EUA com tetraplegia completa e menos com ELA avançada. Mas alguns acham que a tecnologia pode ter aplicações mais amplas, como ajudar a reabilitar pacientes com AVC. E algumas tecnologias de gravação podem ser úteis para compreender doenças psiquiátricas, como depressão ou transtorno obsessivo-compulsivo.

É possível que melhorar as interfaces cérebro-computador envolva melhorar não apenas a tecnologia, mas os cérebros das pessoas que a usam. Em setembro, um estudo conduzido por pesquisadores da Universidade de Minnesota descobriu que pessoas que praticam ioga e meditação por um longo prazo podem aprender a controlar um computador com suas mentes mais rápida e eficientemente do que pessoas com pouca ou nenhuma experiência em ioga ou meditação. Como o Science Daily relatou na época, o estudo envolveu 36 participantes: 24 que tinham pouco ou nenhum experiência de ioga ou meditação e 12 que tinham pelo menos um ano de experiência na prática de ioga ou meditação pelo menos duas vezes por semana durante uma hora.

Ambos os grupos de participantes eram novos em sistemas que usam o cérebro para controlar um computador, e ambos participaram de três experimentos de duas horas em que usaram um boné de 'alta tecnologia e não invasivo' que detectou a atividade cerebral. Eles foram solicitados a mover o cursor do computador em uma tela, imaginando os movimentos da mão esquerda ou direita. Os pesquisadores descobriram que os participantes com experiência de ioga ou meditação tinham duas vezes mais chances de completar a tarefa de interface cérebro-computador ao final de 30 tentativas e aprenderam três vezes mais rapidamente do que seus colegas em experimentos com o movimento do cursor da esquerda para a direita .

O pesquisador principal do estudo foi Bin He, professor de engenharia biomédica da Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade de Minnesota e diretor do Instituto de Engenharia de Medicina da Universidade, que atraiu atenção internacional em 2013, quando membros de sua equipe de pesquisa puderam para controlar um robô voador com suas mentes. No entanto, eles descobriram que nem todos podem aprender facilmente a controlar um computador com seus cérebros, e muitos não tiveram sucesso mesmo após várias tentativas.

O próximo passo para ele e sua equipe de pesquisa é estudar um grupo de participantes que estão praticando ioga ou meditação pela primeira vez, a fim de ver se sua capacidade de controlar a interface cérebro-computador melhora. “Nosso objetivo final é ajudar as pessoas paralisadas ou com doenças cerebrais a recuperar a mobilidade e a independência”, disse ele. “Precisamos examinar todas as possibilidades para melhorar o número de pessoas que poderiam se beneficiar de nossa pesquisa.”

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