Eletrônica

O cérebro fala: Sinais neurais são convertidos em palavras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/09/2010

Implante neural converte sinais cerebrais em palavras
Esta é uma foto do experimento real, mostrando dois tipos de eletrodos postos sobre o cérebro de um paciente que sofre de epilepsia grave.[Imagem: University of Utah Department of Neurosurgery]

Pesquisadores da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, conseguiram pela primeira vez traduzir sinais do cérebro em palavras.

O experimento, utilizando dois implantes neurais inseridos diretamente sobre o cérebro de um paciente, é um primeiro passo rumo à possibilidade de que pessoas paralisadas comuniquem-se usando suas próprias palavras, eventualmente sintetizadas por um computador.

Implantes cerebrais

"Conseguimos decodificar palavras usando somente sinais do cérebro, com um dispositivo que potencialmente poderá ser utilizado a longo prazo em pacientes paralíticos incapacitados de falar," diz Bradley Greger, professor de bioengenharia e membro da equipe que está fazendo os experimentos.

Apesar dos experimentos com implantes cerebrais estarem sendo feitos há vários anos, o método invasivo ainda encontra problemas, sobretudo com rejeição, o que leva os pesquisadores a salientarem que ainda serão necessários alguns anos de pesquisas para que se possa chegar a testes clínicos em larga escala.

Os implantes cerebrais - duas grades de microeletrodos com 16 sensores cada um - foram inseridos diretamente sobre o centro cerebral da fala de um voluntário com graves crises epilépticas.

O homem no qual foram feitos os testes estava sendo submetido a uma craniotomia - a remoção parcial e temporária do crânio - para a colocação de eletrodos convencionais que pudessem detectar a fonte de suas convulsões, na tentativa de interrompê-las cirurgicamente.

Sinais do cérebro em palavras

Implante neural converte sinais cerebrais em palavras
Uma imagem por ressonância magnética (MRI) do cérebro do paciente é sobreposta com a localização dos dois tipos de eletrodos usados: os quadrados vermelhos mostram a localização dos microimplantes usados no experimento de interpretação da fala. [Imagem: Spencer Kellis, University of Utah]

Aproveitando a cirurgia, os cientistas implantaram também os microeletrodos. Com o paciente já acordado, eles registraram os sinais cerebrais quando o paciente repetia cada uma de 10 palavras consideradas úteis para uma pessoa com paralisia total: sim, não, quente, frio, fome, sede, olá, adeus, mais e menos.

Mais tarde, eles tentaram descobrir quais sinais cerebrais representavam cada uma das 10 palavras. Quando compararam quaisquer dois sinais do cérebro, os cientistas foram capazes de distinguir os sinais cerebrais correspondentes a cada palavra com grande precisão: 76% no caso da palavra "sim" e 90% no caso palavra "não", por exemplo.

Quando eles analisaram todos os 10 padrões de sinais cerebrais ao mesmo tempo, algo essencial para um sistema prático, conseguiram identificar as palavras com um índice de correção entre 28% e 48% - um pouco melhor do que o mero acaso, que seria de 10%, mas ainda insuficiente para um aparelho que pretenda traduzir pensamentos de uma pessoa paralisada em palavras faladas por um computador.

"Esta é uma prova de conceito," afirma Greger. "Nós provamos que esses sinais podem dizer o que a pessoa está expressando bem acima do mero acaso. Mas precisamos ser capazes de identificar mais palavras com mais precisão antes que se torne algo que um paciente realmente ache útil."

Com os necessários avanços, os pesquisadores vislumbram no futuro um equipamento sem fios que possa converter em palavras os pensamentos de pacientes paralisados por derrames, acidentes, esclerose lateral amiotrófica etc.

Microeletrodos cerebrais

Implante neural converte sinais cerebrais em palavras
O implante neural consiste em uma matriz de 16 microeletrodos, com um espaçamento de 1 milímetro, instalados sobre uma base de silicone. [Imagem: Spencer Kellis, University of Utah]

O experimento utilizou um novo tipo de implante neural cujos microeletrodos se apoiam sobre o cérebro sem perfurá-lo. Esses eletrodos são conhecidos como microECoGs, porque são uma versão miniaturizada dos eletrodos usados em exames de electrocorticografia, ou ECoGs, desenvolvidos há mais de 50 anos.

Para o tratamento de pacientes com crises epilépticas graves e não controladas por medicação, os cirurgiões removem parte do crânio e colocam uma base de silicone contendo eletrodos ECoG sobre o cérebro. Esses eletrodos ficam lá durante dias ou semanas, com o crânio apenas colocado no lugar, sem ser fixado.

Apesar de não penetrar no cérebro, os eletrodos ECoGs são sensíveis o suficiente para detectar atividades elétricas anormais, permitindo que os cirurgiões localizem e retirem uma pequena porção do cérebro que está causando as convulsões.

O próximo passo da pesquisa será testar implantes com um número maior de eletrodos, com um menor espaçamento entre eles, de forma a aumentar a resolução dos sinais cerebrais captados.

Em vez dos 16 eletrodos do implante atual, os pesquisadores estão construindo uma grade com 121 eletrodos, dispostos em uma matriz de 11 por 11.

Bibliografia:

Decoding spoken words using local field potentials recorded from the cortical surface
Spencer Kellis, Kai Miller, Kyle Thomson, Richard Brown, Paul House, Bradley Greger
Journal of Neural Engineering
October 2010
Vol.: 7 056007
DOI: 10.1088/1741-2560/7/5/056007




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