Transformando “pensamento em movimento”

out 26, 2017
FNNIC
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Longe da ficção científica, as interfaces cérebro-máquina apresentam um vislumbre do futuro das tecnologias alimentadas pelo pensamento. Os dispositivos que convertem a atividade do cérebro do algoritmo para a ação estão dando a aqueles que são incapazes de falar ou usar sua independência dos membros mais uma vez.

Novos avanços na ciência e tecnologia do cérebro estão empurrando interfaces de máquinas cerebrais – como próteses – para novas alturas. Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins

“A mulher que bebeu o café”

Em 2012, Cathy Hutchinson tornou-se conhecida como “a mulher que tomou o café”. Embora ela realmente tomasse sorvete de latas de canela, sua façanha aparentemente comum gerou atenção da mídia internacional por causa da maneira como ela fez – usando um braço robótico controlado por seus pensamentos.

Hutchinson sofreu um acidente vascular cerebral em 1996 que a deixou paralisada e incapaz de falar. Como participante do estudo clínico BrainGate2, ela usou uma “interface cérebro-máquina” para transformar seus pensamentos em ação.

Para beber seu latte, Hutchinson simplesmente imaginava movendo o braço direito. Embora pareçam os elementos de um filme de ficção científica, as interfaces cérebro-máquina são dispositivos reais – compostos por pequenos instrumentos de gravação ou microeletrodos, implantados cirurgicamente no cérebro, traduzem a atividade elétrica do cérebro através de algoritmos de computador – transformando “pensamento “Em movimento”.

A atividade cerebral produzida por esse pensamento foi processada através do computador e gerou sinais que alimentavam o braço robótico. Da mesma forma, cientistas empregaram interfaces cérebro-máquina para mover cursores nas telas do computador e controlar outros membros robóticos ou próteses.

Uma idéia sublime

Tais feitos começaram com uma idéia revolucionária. Em 1968, Karl Frank, fundador do Laboratório de Controle Neural dos Institutos Nacionais de Saúde, previu um futuro onde a atividade cerebral poderia se conectar ao mundo externo.

Em um enorme salto imaginativo, Frank postulou que ao registrar a atividade cerebral, poderíamos usar um dia os padrões dessa atividade para ajudar as pessoas com paralisia a interagir com seus ambientes.

Realizando a visão de Frank levou décadas, enquanto os pesquisadores desenvolveram uma melhor compreensão da fisiologia do cérebro e de computadores mais poderosos. Mas agora, quase 50 anos depois que Frank os propôs pela primeira vez, as interfaces cérebro-máquina estão mudando a forma como pensamos em desenvolver tratamentos para lesões cerebrais e doenças.

Desde a década de 1920, os pesquisadores têm registrado a atividade elétrica de células cerebrais únicas, bem como a atividade somada de milhões de células cerebrais. No entanto, o ponto ideal para interfaces cérebro-máquina está em algum lugar intermediário. A gravação da atividade cerebral nesse nível significava desenvolver uma nova tecnologia – que pudesse capturar as conversas entre populações de centenas ou milhares de células de cérebros registrando-as individualmente ao mesmo tempo.

No início dos anos 90, um engenheiro da Universidade de Utah chamado Richard Normann resolveu esse problema com a Utah Electrode Array. Este pequeno dispositivo, conhecido como matriz de vários eletrodos, possui fileiras de eletrodos e pode ser implantado no cérebro para ouvir dezenas (ou 100 ou mais) células cerebrais individuais em um único ponto no tempo. Foi o avanço tecnológico necessário para desenvolver interfaces cérebro-máquina.

Em uma prova de conceito, o neurocientista da Universidade Brown, John Donoghue, implantou o Utah Electrode Array em macacos. Em 2002, seu laboratório demonstrou que essa interface cérebro-máquina permitiu que os macacos controlassem o cursor de um computador em tempo real através de sua atividade cerebral sozinha. Donoghue fundou a empresa Cyberkinetics para pastorear a tecnologia através de aprovações regulatórias e em seres humanos. Embora tenha inspirado o desenvolvimento de dispositivos implantáveis ​​semelhantes, o Utah Electrode Array da Normann é atualmente o único autorizado pela US Food and Drug Administration (FDA) para uso em seres humanos.

Paciente voluntário faz história

Com o ensaio clínico BrainGate inicial, que lançou em 2004, a Cyberkinetics implantou o Utah Electrode Array no cérebro de voluntários de estudo com quadriplegia, paralisia que afeta os quatro membros. A pesquisa da empresa centrou-se no córtex motor, uma região cerebral controlando o movimento voluntário. Ao ligar a matriz a uma interface de computador, os pesquisadores esperavam transformar os pensamentos em ação.

Em 2005, como parte do BrainGate, Matt Nagle tornou-se a primeira pessoa a jogar o jogo de video Pong e abrir e fechar uma mão prótese com apenas seus pensamentos.

Este marco, construído com décadas de descobertas de pesquisa financiadas pelos Institutos Nacionais de Saúde e outras agências públicas, provocou a imaginação pública com seu potencial para ajudar pessoas com paralisia.

Avanços na gravação de neurônios e decodificação de sua atividade continuam a estimular o campo para a frente. Três anos depois, Cathy Hutchinson bebeu seu café, Erik Sorto, uma pessoa com quadriplegia como resultado de um tiro na coluna vertebral, fez o mesmo, embora o movimento tenha vindo mais.

Referência: BrainFacts/SfN

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