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Uma Interface Cérebro-Máquina

Que Funciona Sem Fios

MIT Technology Review, 15/01/2015
Antonio Regalado
http://www.technologyreview.com.br/read_article.aspx?id=46790

Um transmissor sem fio poderia dar às pessoas paralisadas uma alternativa prática para o controle de TVs, computadores, cadeiras de rodas com seus pensamentos.

Imagem: Uma interface cérebro-máquina sem fio usa o transmissor vestível acima.

Alguns pacientes paralisados poderão, em breve, usar uma interface cérebro-máquina sem fio capaz de transmitir seus comandos mentais tão rapidamente quanto uma conexão de Internet doméstica.

Depois de mais de uma década de engenharia, pesquisadores da Universidade Brown e de uma empresa de Utah, Blackrock Microsystems, têm comercializado um dispositivo sem fio que pode ser anexado ao crânio de uma pessoa e transmitir, via rádio, comandos coletados de um implante cerebral. Blackrock diz que vai solicitar autorização da Agência Reguladora de Alimentos e Medicamentos dos EUA (US FDA), para que o controle remoto mental possa ser testado em voluntários, possivelmente ainda este ano.

O dispositivo foi desenvolvido por um consórcio, chamado BrainGate, com sede em Brown e foi um dos primeiros a colocar implantes no cérebro de pessoas paralisadas e mostrar que os sinais elétricos emitidos pelos neurônios dentro do córtex poderiam ser gravados e, então, usados para guiar uma cadeira de rodas ou controlar um braço robótico (veja “Implanting Hope”).

Uma limitação importante destes experimentos impressionantes foi que os pacientes só puderam usar a prótese com a ajuda de uma equipe de laboratório. Os sinais do cérebro são coletados por meio de um cabo parafusado em um acesso em seu crânio e, então, enviados através de cabos para um volumoso processadores de sinal. "Usar isso no ambiente doméstico é inconcebível ou impraticável quando você está amarrado a um monte de eletrônicos", diz Arto Nurmikko, o professor de engenharia de Brown que conduziu o projeto e a fabricação do sistema sem fio.

A nova interface elimina a maior parte da fiação através do processamento dos dados dentro de um dispositivo de cerca de 15 cm de diâmetro. Ele é ligado ao crânio e aos eletrodos dentro do cérebro. Dentro do dispositivo há um processador para amplificar os picos de energia fracos emitidos por neurônios, circuitos para digitalizar a informação e um rádio para enviar o sinal a uma distância de alguns metros até um receptor. Ali, a informação fica disponível como um sinal de controle remoto para, por exemplo, mover um cursor em uma tela de computador.

O dispositivo transmite dados para fora do cérebro a uma velocidade de 48 megabits por segundo, quase tão rápido quanto uma conexão de Internet residencial, diz Nurmikko. Ele usa cerca de 30 miliwatt de potência - uma fração do consumo de um smartphone - e é alimentado por uma bateria.

Os cientistas já fizeram protótipos de interfaces cérebro-máquina sem fio antes e alguns transmissores mais simples já foram vendidos para pesquisa em animais. "Mas simplesmente não há outro dispositivo que receba e envie tantos megabits de dados. É fundamentalmente um novo tipo de dispositivo", diz Cindy Shestek, professor assistente de engenharia biomédica na Universidade de Michigan.

Embora o implante possa transmitir o equivalente a cerca de 200 'DVDs de dados por dia, isso não é muita informação quando comparado ao que o cérebro gera na execução de, até mesmo, um movimento mais simples. Dos bilhões de neurônios no córtex humano, os cientistas nunca mediram diretamente mais de 200 ao mesmo tempo. "Nós estamos usando nossos cérebros aos petabytes", diz Nurmikko. "Nesse nível, 100 megabits por segundo vai parecer muito modesto".

Blackrock começou a vender o processador sem fio que ele chama de "Cereplex-W" e que custa cerca de US$ 15.000, para laboratórios que estudam primatas. Testes em seres humanos podem chegar logo, diz Florian Solzbacher, professor da Universidade de Utah, que é o proprietário e presidente da Blackrock. Os cientistas da Brown têm planos para testar o dispositivo em pacientes paralisados, mas ainda não o fizeram.

Atualmente, cerca de meia dúzia de pessoas paralisadas, incluindo alguns nos estágios finais da ELA, estão participando dos ensaios da BrainGate usando uma tecnologia mais antiga. Nesses estudos, em curso em Boston e na Califórnia, o implante que faz contato com o cérebro é um pequeno conjunto de eletrodos de agulha esculpidos a partir do silício. Também vendido pela Blackrock, é comumente chamado de matriz Utah. Para estabelecer uma interface cérebro-máquina, essa matriz é empurrada para dentro do tecido do córtex motor cerebral, onde suas pontas registram os padrões de disparo de 100 neurônios ou mais de uma vez.

Essas pequenas explosões de energia elétrica, descobriram os cientistas, podem ser decodificadas em uma leitura bastante precisa do movimento intencional de um animal ou pessoa. Decodificar esses sinais permitiu que centenas de macacos, bem como um número crescente de voluntários paralisados, pudessem controlar um mouse de computador, ou manipular objetos com um braço robótico, às vezes com destreza surpreendente (veja “The Thought Experiment”).

Mas a tecnologia da BrainGate não vai se transformar em medicina real até que seja muito simplificado e mais confiável. O módulo sem fio acoplado na cabeça é um passo em direção a esse objetivo. Um dia, dizem os cientistas, todos os componentes eletrônicos terão de ser completamente implantados no interior do corpo, sem fios que atravessem a pele, já que isso pode levar a infecções. No ano passado, os pesquisadores de Brown disseram estar testando um protótipo de interface totalmente implantada, com os componentes eletrônicos alojados dentro de uma caixa de titânio que pode ser selado sob o couro cabeludo. Esse dispositivo ainda não está sendo comercializado.

"Se eles pudessem colocá-lo sob a pele, então tudo o que você vê nos vídeos poderia ser feito em casa", diz Shestek, referindo-se a videos de pacientes usando o controle remoto mental para mover braços robóticos. "Esse fio que sai da pele é a parte mais perigosa do sistema".