trabalho interface homem maquina final
TRANSCRIPT
CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO
JEFFERSON EUSTAQUIO FERREIRA
LEONARDO MARQUES MACIEL SILVA
Interface Homem Máquina
Uso da Mente
BELO HORIZONTE
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO..............................................................................................3
2 OBJETIVO....................................................................................................4
3 ARTIGO.........................................................................................................5
4 CONCLUSAO.............................................................................................43
5 BIBLIOGRAFIA...........................................................................................44
INTRODUÇÃO
A Tecnologia avança rapidamente, Nos últimos anos grandes esforços de
pesquisas tem sido direcionados ao desenvolvimento da neurociência, no
estudo do funcionamento do cérebro humano, Que ainda é um enigma da
atualidade, ainda não conhecemos todo o mistério que envolve o cérebro
humano. Mas mesmo sem entende-lo por completo, avanços tem sido obtido
graças a tecnológico e um conjunto de pesquisas que ao longo do tempo vem
se somando ao assunto. Hoje já existe tecnologia capaz de interpretar ondas
emitidas pelo cérebro, e o melhor disso é que já se consegue entender o que o
cérebro diz.
“A necessidade de se controlar sistemas e processos físicos existe desde
tempos remotos “ (LOPES et al (2005)).
Graças a esse avanço consegue se hoje controlar ou manipular maquinas
computadores e robô, com essa interação homem maquina, esta sendo
possível utilizar o cérebro humano para suprir a necessidade de pessoas com
algum tipo de deficiência, a área tecnológica vem conseguindo grandes
avanços melhorando a interação Homem Maquina, são avanços que a gente
esta acostumado a ver em filmes de ficção cientifica e hoje é realidade.
OBJETIVO DO TRABALHO
Esse trabalho e um resumo de pesquisas que ao longo do tempo foi sendo
construída por cientistas e profissionais do meio acadêmico que se dedicaram
Com o passar dos anos tentando entender o mistério e o fascínio que o
cérebro desperta no homem.
Fizemos uma pesquisa na internet, e utilizamos de trabalho cientifico,
monografias e artigos em sites especializados, reunindo assim uma grande
quantidade de material, para tentar mostrar o avanço da Interface Homem
Maquina no Uso da Mente.
Sinais neurais
Cientistas apresentaram hoje tecnologias que possibilitam controlar uma
cadeira de rodas com o pensamento e uma mão biônica pelos nervos do braço.
Os avanços dão novas esperanças a pessoas como Jessie, que trabalha com a
equipe da universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, no
desenvolvimento de uma mão biônica.
Jessie perdeu os dois braços em um acidente, mas agora, do lado esquerdo,
usa uma prótese artificial capaz de, segundo cientistas, realizar praticamente
os mesmos movimentos que uma mão de verdade.
Com a prótese, ele é capaz de pegar objetos e movimentá-los com precisão.
No caso de Jesse, os comandos saem das terminações nervosas no peito. O
próximo passo vai ser conectar as próteses diretamente com o cérebro.
Interface neural monitora ondas cerebrais continuamente
Já a cadeira de rodas da EPFL, na Suíça, pode ser controlada pelo
pensamento.
Sinais elétricos tênues são captados no cérebro por sensores afixados a uma
touca que deve ser usada pelo cadeirante.
Uma nova técnica que elimina as semanas de treinamento necessárias para
fazer funcionar as interfaces cérebro-computador deverá acelerar e simplificar
enormemente o desenvolvimento de novos equipamentos controlados
diretamente pelas ondas cerebrais.
As ondas cerebrais usadas para controlar equipamentos são como impressões
digitais, o que exige um treinamento das redes neurais que hoje dura até seis
semanas. O novo sistema faz isso em quatro minutos. [Imagem: Shijian Lu]
Interfaces neurais
As chamadas máquinas "controladas pelo pensamento" dependem de
interfaces que coletem os sinais neurais no cérebro e os transformem em
comandos para o controle dos equipamentos, sejam próteses inteligentes,
cadeiras de rodas robotizadas ou mesmo consoles de jogos. As interfaces
neurais mais utilizadas foram desenvolvidas a partir da eletroencefalografia, um
exame médico no qual eletrodos são colocados sobre o crânio para coletar e
gravar a atividade elétrica dos neurônios disparando no cérebro.
Para conseguir controlar um determinado equipamento, o usuário primeiro
deve ficar olhando para suas ondas cerebrais, captadas pelos eletrodos e
mostradas em uma tela, e tentar controlar voluntariamente seus padrões.
Impressão digital cerebral
Mas esse processo pode levar semanas - geralmente de seis a oito semanas
de treinamento exaustivo, tanto para o usuário quanto para a rede neural, o
programa de computador que recebe e interpreta os sinais vindos do cérebro.
E, infelizmente, o treinamento de um usuário não serve para outros, porque o
encefalograma de cada pessoa é tão individual quanto suas impressões
digitais. Assim, cada usuário deve passar pelo mesmo processo longo e
tedioso de treinamento.
P300
Agora, cientistas do Instituto de Pesquisas Infocomm, em Cingapura,
conseguiram eliminar o processo de treinamento usando um pico de tensão
específico no cérebro, conhecido como P300. Acredita-se que o P300 esteja
relacionado à reação a estímulos pouco frequentes, ocorrendo entre 0,3 e 0,6
segundo depois do estímulo. A equipe do professor Shijian Lu descobriu que é
possível construir um modelo genérico das características do sinal P300 e, a
partir dele, derivar as características principais do encefalograma de cada
indivíduo tão logo ele comece a usar o sistema.
Treinamento rápido do cérebro
Em menos de quatro minutos, a precisão do novo modelo já é tão boa quanto o
modelo anterior treinado ao longo de semanas.
"Agora nós planejamos estudar a aplicação do nosso sistema de aprendizado
semi-supervisionado em outros sistemas cérebro-máquina, como os usados
nas percepções motoras empregadas na reabilitação de pacientes vítimas de
derrame cerebral,"
disse o Dr. Lu. Recentemente, uma equipe de pesquisadores norte-americanos
desenvolveu uma interface neural portátil que também promete ajudar muito no
desenvolvimento de equipamentos controlados pelo pensamento menores e
mais práticos.
Tambem pesquisadores da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos,
criaram uma técnica aprimorada de leitura dos impulsos cerebrais que permitirá
o avanço das interfaces cérebro-máquina e o controle de máquinas e
equipamentos apenas pelo pensamento. Esta é a primeira vez que a técnica,
totalmente não-invasiva, instalada apenas sobre a pele, atinge o nível para se
tornar portátil, abrindo caminho para o controle cerebral de cadeiras de rodas,
braços robóticos, ou mesmo equipamentos comuns do dia a dia, como
computadores. A equipe do Dr. José Contreras-Vidal usou um exame médico
comum, a eletroencefalografia, para registrar os sinais elétricos do cérebro a
partir de um conjunto de sensores colados sobre a cabeça.
Leitor de movimento 3-D
Os pesquisadores usaram sua nova técnica para reconstruir o movimentos 3-D
da mão humana a partir dos sinais cerebrais coletados pelos sensores. Até
agora, a reconstrução de movimentos exigia aparatos grandes ou a coleta de
sinais de forma invasiva. Para reconstruir o movimento tridimensional da mão,
os pesquisadores construíram um equipamento especial para capturar as rotas
dos dedos conforme eles se movimentavam a partir de um botão central até
oito botões - uma espécie de leitor de movimento 3-D. Os voluntários tocavam
o botão central e, partir dele, tocavam outro botão de forma aleatória, repetindo
o exercício 10 vezes. Enquanto isso, os cientistas gravavam seus sinais
cerebrais e os movimentos da sua mão. Depois dos experimentos, os cientistas
conseguiram reconstruir os movimentos 3-D das mãos dos voluntários a partir
unicamente dos sinais cerebrais registrados.
"Nossos resultados mostraram que a atividade elétrica cerebral coletada a
partir da superfície da cabeça contém informação suficiente para reconstruir os
movimentos das mãos de forma contínua e natural," diz o Dr. Contreras-Vidal.
As interfaces cérebro-máquina terão novo impulso com a coleta dos sinais
cerebrais por meio de um aparato portátil e não-invasivo. [Imagem: José
Contreras-Vidal]
Sensores especiais
Os pesquisadores descobriram que um sensor em particular, dos 34 utilizados,
fornece a informação mais precisa. O sensor estava localizado na direção da
parte do cérebro chamada córtex sensoriomotor primário, uma região que já se
sabia estar associada aos movimentos voluntários. O sensor da região do
lóbulo parietal inferior também registrou informações úteis para o movimento da
mão. Essa região coordena os movimentos de todos os membros. Os autores
usaram os registros desses dois sensores para confirmar a validade do seu
método.
O aparelho desenvolvido pela equipe para registrar os movimentos
tridimensionais também deverá ajudar as outras tecnologias já existentes, que
hoje exigem etapas de treinamento inicial do sistema e do operadores bastante
intensivas. (Imagem: Bradberry et al. The Journal of Neuroscience)
Jogos controlados pelo pensamento
Este estudo tem implicações importantes para o futuro das tecnologias de
interfaces cérebro-computador e cérebro-máquina, inclusive para as já
existentes. Se simples acelerômetros fizeram o sucesso do Wii, imagine o que
seria possível com jogos totalmente controlados pelo pensamento. Mas o maior
apelo para essas tecnologias cérebro-máquina é a recuperação do controle dos
movimentos para pessoas deficientes ou que sofreram doenças
neuromusculares graves, como a esclerose lateral amiotrófica, lesão da medula
espinhal ou mesmo derrame cerebral. O aparelho desenvolvido pela equipe
para registrar os movimentos tridimensionais também deverá ajudar as outras
tecnologias já existentes, que hoje exigem etapas de treinamento inicial do
sistema e do operador bastante intensivo.
Interface cérebro-computador
Um grupo de várias universidades norte-americanas desenvolveram um novo
tipo de sensor multiplexado que é capaz de captar a atividade cerebral em
resoluções inéditas. O novo dispositivo tem a estrutura de uma folha plástica
flexível e opera de forma totalmente não-invasiva, ou seja, dispensa os
eletrodos rígidos que até agora precisavam ser literalmente inseridos no
cérebro. O novo dispositivo tornará possível a criação de uma nova geração de
interfaces cérebro-computador para tratar doenças neurológicas e
psiquiátricas, controles de computadores e equipamentos robotizados, além de
levar as pesquisas na área de neurociências a um novo patamar
"A tecnologia que criamos pode se conformar à geometria única do cérebro,
gravando e mapeando a atividade cerebral em resoluções que não eram
possíveis até agora," disse o Dr. Brian Litt, da Universidade da Pensilvânia.
Sensor multiplexado
O sensor é composto por um conjunto multiplexado de 360 canais, formados
por 720 nanotransistores de membrana, todos montados sobre um polímero
ultrafino e muito flexível. O conjunto pode ser colocado não apenas sobre a
superfície cerebral, mas também no interior de sulcos e fissuras ou mesmo
entre os hemisférios corticais, áreas que são fisicamente inacessíveis aos
conjuntos de microeletrodos rígidos. Os sensores neurais atuais exigem a
conexão de um fio para cada sensor individual. Isso significa que eles só
podem monitorar regiões maiores do cérebro com baixa resolução, ou áreas
menores com alta resolução - mas não as duas coisas ao mesmo tempo. O
novo sensor multiplexado e flexível usa 10 vezes menos fios, cobrindo uma
área muito maior do cérebro com alta resolução.
Neuro-implantes
Nos testes em animais, os pesquisadores conseguiram registrar ondas de
atividade cerebral em formato serrilhado que nunca haviam sido observadas
antes. Ondas semelhantes só haviam sido vistas ao longo do músculo cardíaco
durante um evento potencialmente fatal, chamado fibrilação ventricular. O
próximo passo da pesquisa será testar o sensor em humanos, o que será feito
em pacientes que sofrem ataques epilépticos.Em última instância, os
pesquisadores esperam que a malha flexível de sensores possa ser
aperfeiçoada para uso em várias outras ações terapêuticas ao longo do corpo.
Ele poderá servir para a implantação de neuropróteses, marca-passos ou
estimuladores neuromusculares, entre outros.
Apenas 39 fios sao suficientes para transmitir os sinais dos 720 nano
transistores que fazem a leitura direta dos sinais cerebrais.[Imagem: Travis
Ross/Yun Soung Kim/University of Illinois at Urbana-Champaign]
O cérebro fala sinais neurais são convertidos em palavras
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.
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]
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
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 micro implantes 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
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.
Pacientes paralisados unem as mentes com robô
Controle compartilhado
Robôs controlados por impulsos cerebrais têm sido apresentados em diversas
versões ao longo dos últimos anos.
Mas as dificuldades do treinamento da interface neural e a falta de jeito dos
robôs para fazerem tarefas úteis do dia-a-dia têm restringido esses avanços ao
interior dos laboratórios.
O Dr. José del R. Millán, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça,
acredita ter encontrado a solução capaz de colocar os chamados robôs
controlados pelo pensamento mais próximos do uso prático: fundir as "mentes"
do robô e do usuário.
Este parece ser o melhor de dois mundos, uma vez que as interfaces neurais
requerem atenção contínua do usuário, o que as torna cansativas, e a
inteligência dos robôs na maior parte das vezes é mais artificial do que
inteligência.
O robô semi-autônomo foi controlado por uma junção da sua inteligência
artificial e das ondas cerebrais de pacientes paralisados.[Imagem: José del R.
Millán]
Fusão de mentes
Em vez de deixar o controle do robô totalmente a cargo do paciente, o
pesquisador criou um sistema híbrido no qual o robô possui um sistema de
inteligência artificial que permite que ele navegue razoavelmente por um
ambiente doméstico ou de um hospital.
Tão logo o robô encontre uma situação inesperada ou precise tomar uma
decisão que parece ser natural para um humano, mas difícil de tomar por um
robô, a interface neural entra em ação, e o usuário "diz" ao robô - por meio de
um comando mental adequado - o que ele deve fazer.
No restante do tempo, o usuário não precisa se ocupar de nada, e o robô faz
tudo o que estiver ao alcance de sua "mente robótica".
Inteligência compartilhada
O sistema "interface neural/robô parcialmente autônomo" deu resultados
melhores do que os previstos.
Em primeiro lugar, o robô move-se de forma muito mais "natural" - próximo ao
movimento de um ser humano - não ficando travado quando não sabe o
caminho a seguir e nem trombando com as coisas.
Em segundo lugar, o controle do robô semi-autônomo exigiu muito menos dos
usuários, que não precisam ficar concentrados o tempo todo.
Em um labirinto de teste, eles demoraram muito mais para conduzir o robô até
o final do percurso quando o sistema de navegação do próprio robô foi
desligado.
Pacientes paralisados
Mais importante ainda, o Dr. Millán quis testar seu sistema em condições
extremas. Para isso, ele contou com a ajuda de dois pacientes que estão
paralisados na cama há seis e sete anos.
O controle neural é baseado na leitura dos sinais cerebrais que controlam o
movimento motor, dos braços, pernas, pescoço etc. - trata-se essencialmente
de um eletroencefalograma em tempo real.
Os cientistas não sabiam se pacientes paralisados - para os quais os robôs
podem ser mais úteis, sobretudo em sistemas de telepresença - conseguiriam
controlar seus circuitos neurais relacionados ao movimento perdido há tanto
tempo.
Mas os resultados foram muito animadores, e os pacientes aprenderam a
controlar o robô em seis aulas de uma hora cada uma.
Telepresença
O robô é um modelo comercial chamado Robotino, que recebeu um notebook
rodando o sistema de navegação e um aplicativo Skype. A ligação à internet é
feita por uma conexão 3G.
O paciente usou um capacete com os sensores não-invasivos para ler seus
sinais neurais e um computador com uma câmera, acompanhando o que
acontecia com o robô e recebendo as imagens do notebook que ele leva.
Isso permitiu montar um sistema de telepresença completo, que permitiu que
os dois pacientes, internados em um hospital, controlassem o robô no
laboratório do Dr. Millán, a mais de 100 km de distância.
Interface neural monitora ondas cerebrais continuamente Interfaces cerebrais
interfaces neurais, controle de equipamentos usando os pensamentos,
interfaces cérebro-máquina. Assim como os teclados parecem estar dando
lugar às telas sensíveis ao toque, a próxima geração de interfaces já está
sendo desenhada.
À medida que a tecnologia dos sensores avança, juntamente como a
compreensão do cérebro humano, fica cada vez mais próximo o dia em que os
dedos darão lugar às ondas cerebrais.
É isto o que se vê no desenvolvimento mais recente apresentado pelo centro
de pesquisas IMEC, da Bélgica.
Monitoramento cerebral contínuo
O equipamento é um sistema de eletroencefalograma que permite o
monitoramento contínuo das ondas cerebrais.
Inicialmente desenvolvido para aplicações médicas, o aparelho registra as
ondas cerebrais e as transmite via rádio - a chamada conexão wireless - para
um receptor localizado a até 10 metros do usuário.
A questão é que são exatamente esses sistemas médicos que os
pesquisadores estão utilizando em suas interfaces neurais para o controle de
computadores, equipamentos eletrônicos, cadeiras de rodas, exoesqueletos e
robôs.
Toda a eletrônica embarcada do aparelho, incluindo o processador, controlador
e radiotransmissor, está acondicionada em um circuito medindo 2,5 x 3,5 x 5
centímetros - cabe em qualquer fone de ouvido ou capacete.
O equipamento inteiro consome apenas 3,3 mW (miliwatts) de energia quando
transmitindo para apenas 1 canal, e 9,2 mW quando transmitindo para 8 canais
- isso se traduz em uma durabilidade de até 4 dias para suas baterias de íons
de lítio de 100 mAh.
Eletroencefalograma em casa
O mais importante para sua aplicação prática, contudo, talvez seja o fato de
que o equipamento utiliza eletrodos secos - não é necessário passar o gel
normalmente usado para melhorar o contato do eletrodo com o corpo.
Apesar disso, são usados sensores de liga de prata, fabricados para uso
médico, disponíveis comercialmente. Isso significa que pode haver algum
desconforto, já que o conforto não é uma prioridade quando se desenvolve
aparelhos para serem usados poucos minutos durante um exame.
Do ponto de vista médico, o equipamento permite que os exames de
eletroencefalograma hoje feitos em laboratório, exigindo técnicos
especializados e colocação de eletrodos com gel, possam ser feitos em casa.
O monitoramento contínuo dará aos médicos dados dos pacientes muito mais
próximos da realidade do que a amostragem hoje feita durante alguns minutos
no laboratório.
Fica cada vez mais próximo o dia em que os dedos darão lugar às ondas
cerebrais nas interfaces e no controle de computadores e equipamentos.
[Imagem: IMEC]
Criado implante cerebral que aprende e evolui junto com o cérebro
Interface cérebro-máquina
Pesquisadores da Universidade da Flórida, nos Estados Unidos, levaram vários
passos adiante o conceito de implantes cerebrais e criaram uma interface
cérebro-máquina que não apenas transforma sinais cerebrais em movimento,
mas que também evolui com o cérebro à medida que ele aprende.
O implante cerebral mais avançado que existia até hoje funciona como um
verdadeiro robô, sendo capaz de rastrear os neurônios para captar melhor os
sinais dos neurônios. Mas esta é a primeira vez que uma interface neural
consegue aprender e evoluir.
O novo implante construído será capaz de se adaptar ao comportamento da
pessoa ao longo do tempo e usar esse conhecimento acumulado para
completar as tarefas motoras de forma mais eficiente. [Imagem: Arturo
Sinclair/UF]
Interface cerebral inteligente
Em vez de simplesmente interpretar os sinais elétricos dos neurônios de
determinadas partes do cérebro e utilizá-los para acionar uma mão ou uma
perna robótica, o novo implante construído pela equipe do Dr. Justin Sanchez
será capaz de se adaptar ao comportamento da pessoa ao longo do tempo e
usar esse conhecimento acumulado para completar as tarefas motoras de
forma mais eficiente.
"No grande quadro das interfaces cérebro-máquina, esta é uma mudança
completa de paradigma," diz Sanchez. "Esta idéia abre todos os tipos de
possibilidades sobre como interagimos com os dispositivos. Não se trata mais
apenas de dar instruções, mas de como esses dispositivos podem nos assistir
em um objetivo comum. Você conhece o objetivo, o computador conhece o
objetivo e vocês trabalham juntos para completar a tarefa."
Comunicação de mão-dupla
Para que essa mudança de paradigma fosse possível, os pesquisadores
transformaram o implante cerebral em um sistema de comunicação de mão-
dupla, no qual a interface "ouve" os sinais do cérebro e transmite seus próprios
sinais para os neurônios.
É como se o implante deixasse de ser uma simples prótese para se transformar
em um verdadeiro assistente. Por enquanto o equipamento só foi testado em
camundongos.
Movimentando um braço robótico com o pensamento
Para criar a interface cérebro-máquina inteligente, os pesquisadores
desenvolveram um sistema que estabelece objetivos e dá prêmios quando
esse objetivo é alcançado. Os ratos deviam mover um braço robótico apenas
com seus pensamentos. Quando eles conseguiam, recebiam uma gota de
água.
O objetivo do computador, por outro lado, era conquistar o maior número
possível de pontos - quanto mais perto do objetivo o braço robótico chega,
mais pontos o programa recebe.
Isto faz com que o programa detecte quais sinais do cérebro do rato leva-o a
conquistar o maior número de pontos. Na próxima vez, o implante verifica se o
pensamento do rato foi mais eficiente. Se não foi, ele induz os sinais
correspondentes ao maior nível de eficiência já alcançado, tornando o processo
mais eficiente para o rato.
Protocolo cerebral
O que era considerado ficção científica há pouco tempo, hoje é realidade: na
verdade, muita ficção científica começa a ser deixada para trás.
As interfaces cérebro-máquina são exemplo desse avanço. Mas a
comunicação com cada uma dessas interfaces é um processo trabalhoso e
demorado.
Agora, o professor Paulo Victor de Oliveira Miguel, do Colégio Técnico da
Unicamp (Cotuca), desenvolveu um protocolo de comunicação, denominado
"Ecolig", que vai permitir que praticamente qualquer aparelho eletroeletrônico
seja controlado com o pensamento.
Este avanço, na opinião de Miguel, significará a inclusão de pessoas com
dificuldades de acessibilidade de naturezas variadas.
A pesquisa teve como objetivo a criação de um tipo de comunicação diferente
do que foi desenvolvido até o momento, principalmente quando se altera a
característica servo-mecânica, ou seja, o aparelho a ser controlado.
Adeus aos teclados
A interação que existe entre a pessoa e o computador ou um aparelho celular
passa, atualmente, pelo mouse e pelo teclado, por meio da digitação, seja
através das teclas ou pela tecnologia de toque.
"Esse é só um exemplo de como temos uma dificuldade enorme hoje para
continuar interagindo com dispositivos eletroeletrônicos", diz Miguel.
O foco principal e básico foi melhorar essa interação - eliminando o mouse e o
teclado e passando o controle para as ondas cerebrais.
Um benefício imediato será o combate às lesões por esforço repetitivo, uma
vez que os membros do corpo não serão mais utilizados como extensões
servo-mecânicas para o controle ou a transmissão de informações para
celulares, computadores e outros equipamentos.
Cientistas de Cingapura desenvolveram recentemente uma Interface cérebro-
computador que traduz as sondas cerebrais em quatro minutos. [Imagem:
Shijian Lu]
Interface com nanodispositivos
Outro benefício imediato será o avanço significativo na interação dos
dispositivos do tipo nano e microeletrônicos, que exigem uma interface mais
adequada à sua miniaturização.
De acordo com Miguel, juntamente com o avanço da tecnologia, esta será uma
mudança muito evidente nos próximos anos. "O investimento em micro e
nanotecnologia revela claramente que não há como conectar teclado e mouse
em algo que não se vê", afirmou o pesquisador.
Os nanorrobôs e outros dispositivos pequenos precisarão de um sistema de
comunicação diferente, tanto do ponto de vista conceitual e técnico quanto de
topologias de rede e estrutura de comunicação com vários desses dispositivos.
Na opinião de Miguel, essa é uma migração para uma área que está muito
próxima da biologia, na qual cria-se um sistema de comunicação com colônias,
sejam elas do tipo animal, biológico, celular ou bacteriana.
Uma interface neural portátil, criada nos EUA, está ajudando no avanço das
máquinas acionadas pelo pensamento. [Imagem: Bradberry et al./The Journal
of Neuroscience]
Protocolo para ondas cerebrais
No que se refere às tecnologias "próximas aos olhos", prosseguiu o
pesquisador, o protocolo permitirá que computadores e celulares, por exemplo,
sejam utilizados em óculos especiais, com menor complexidade de fabricação,
menor consumo de energia e com menos lixo eletrônico a ser tratado quando
forem substituídos.
O mesmo se aplica aos dispositivos relacionados com a visão ampliada, onde
as seleções de controles e informações podem acontecer mais rapidamente e
com novos recursos.
O conceito principal envolvido em todo esse processo das interfaces cérebro-
computador, ou cérebro-máquina, é muito parecido com a tecnologia
desenvolvida para o eletroencefalograma.
Os sinais cerebrais são utilizados da mesma forma, só que nessa pesquisa foi
desenvolvido um protocolo.
A partir de um aparente ruído, cujo sinal tem para o médico uma interpretação
analógica - ele analisa o comportamento, verifica anormalidades e sinaliza o
tipo de procedimento a ser adotado - foi realizado um procedimento um pouco
diferente. Foi criada uma linguagem em cima dele.
"Isso é exatamente como se a pessoa estivesse usando uma coisa que ela
sempre teve, que é a atividade cerebral, captada a partir de um simples contato
com alguns sensores sobre o cabelo, para posteriormente entender um código.
Constantemente estamos produzindo esses sinais que não estão sendo
usados. O objetivo é fazer com que a pessoa possa controlar esse sinal de
uma forma que ele emita uma certa linguagem", observou o cientista da
computação.
Protocolo semiótico
Um implante cerebral que aprende e evolui junto com o cérebro é outra das
grandes inovações da área. [Imagem: Arturo Sinclair/UF]
Segundo Gilmar Barreto, orientador do trabalho, um grupo de pessoas que
pode se beneficiar desta tecnologia é o de tetraplégicos.
A aplicação desse protocolo de comunicação é ilimitada e ultrapassa a ficção
científica, garantiu o docente. "A maneira das pessoas entenderem mais
facilmente como ele funciona é observando o aparelho que realiza o exame de
eletroencefalograma. Hoje já existem interfaces como a utilizada pelo Paulo
Victor, que são sem fio e sem utilização de gel condutor. Mas esse não é o final
da história. Ainda vai evoluir muito. As pessoas poderão interagir com a
televisão, acender e apagar as luzes, ligar e desligar aparelhos só com o
pensamento. Os sinais são codificados numa linguagem e quem controla isso é
a pessoa", assegurou.
O fato é que estes sinais, quando associados a atividades ou estímulos mais
complexos como interpretações de imagens, comandos motores e sensações,
por exemplo, possuem comportamentos que podem ser classificados e
interpretados por um equipamento eletrônico. Esta classificação é relacionada
com um conjunto de assinaturas elétricas, gerando um código que é utilizado
para a elaboração de um protocolo semiótico.O conceito de protocolo está
normalmente associado a padrões que são utilizados em processos de
comunicação. Neste caso, no entanto, este conceito vai além da comunicação,
acrescentou Miguel. A proposta de um protocolo semiótico está associada a
um conjunto de símbolos que são interpretados como signos semióticos por
sistemas inteligentes, podendo significar assim comandos mais complexos ou
até meta-interpretações que podem evoluir ao serem processadas por outros
sistemas inteligentes. Também podem ser considerados processos de
aprendizagem que ocorrem em redes neurais biológicas ou artificiais.
Este mesmo protocolo, suportado por sinais elétricos sensoriais, captados
diretamente do sistema nervoso central, permite a criação de interfaces
eletroeletrônicas mais simples e até mesmo sistemas de aprendizagem mais
eficientes. Portanto, será possível reduzir as etapas associadas à transferência
de uma informação como parte da troca ou transmissão de um conhecimento
específico.
Novas formas de comunicação
A Máquina de Indução de Sensações é uma tentativa de unir os mundos real e
virtual. [Imagem: Presenccia]
Miguel lembrou que uma linguagem universal suportada por signos sensoriais
já era utilizada nos primórdios da humanidade, quando figuras com significados
ficaram retratadas nas cavernas pelos povos primitivos, que não tinham a
linguagem falada ou escrita para se comunicar.
"Podemos ir muito mais além da linguagem, uma vez que o tato, o cheiro, o
som e até a imaginação podem gerar signos semióticos em nossa mente, com
suas respectivas 'assinaturas' elétricas," sugeriu.
Em termos práticos, isso significa que bastará pensar em falar com alguém e o
sistema fará a conexão, sem a necessidade de associar as pessoas a números
telefônicos. Ou ainda, quando for necessário utilizar o editor de textos,
seguramente não serão necessários o mouse ou o teclado. Bastará pensar no
arquivo e o computador irá buscá-lo e abri-lo em sua tela.
Para Miguel, esse trabalho, que também está nos principais centros de
pesquisas do mundo, ainda tem um longo caminho pela frente. Contudo, é uma
inovação importante, que tende a mudar o conceito de relação homem-
máquina nos próximos anos. Essa interação, por exemplo com a área de
Educação, será fundamental porque a principal ferramenta de transferência de
informação na atualidade é o texto. "Escrevemos livros para permitir que outras
pessoas tenham acesso às informações sobre os avanços tecnológicos
desenvolvidos", exemplificou. Neste momento, o pesquisador está finalizando a
elaboração de um projeto que será apresentado à Fundação de Amparo à
Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), em parceria com docentes da
Universidade de São Paulo (USP), da Universidade Estadual Paulista "Júlio de
Mesquita Filho" (Unesp), do L'Institut de Recherche en Communications et
Cybernétique (IRCCy) na França e uma empresa na área de telefonia celular,
dentre outras renomadas empresas dos setores eletroeletrônico e biomédico.
"Digitador mental" é controlado apenas pelo pensamento Um computador
controlado apenas pelo poder do pensamento acaba de ser demonstrado em
uma grande feira comercial na Alemanha. O equipamento poderá ser uma
opção para pacientes paralisados operarem computadores, ou para pessoas
que sofreram amputação operarem membros artificiais controlados
eletronicamente. Mas ele poderá ter também aplicações fora da área de saúde,
como em jogos de computadores e na indústria de entretenimento.
O BBCI ("Berlin Brain-Computer Interface") - já apelidado de "digitador mental"
- foi criado por pesquisadores do Instituto Fraunhofer e pela Charité, a escola
de medicina da Universidade Humboldt, ambos em Berlim, Alemanha. O
equipamento foi apresentado na feira de eletrônica CeBit, em Hanover. A
máquina torna possível digitar mensagens na tela de um computador por meio
do controle mental do movimento de um cursor. O usuário deve vestir uma
espécie de capacete, contendo eletrodos que medem a atividade elétrica do
cérebro, um sinal conhecido como eletroencefalograma, e imaginar que está
movimentando seu braço direito ou esquerdo de forma a fazer o cursor se
mover.
"É uma sensação muito estranha," diz Gabriel Curio, da Charité. "E, pela
multidão assistindo, você pode imaginar que o potencial é imenso."
Algoritmos de aprendizagem
Curio diz que os usuários podem operar o dispositivo em apenas 20 minutos,
depois de efetuar 150 movimentos do cursor em suas mentes. Isto porque o
equipamento aprende rapidamente a reconhecer a atividade na área do córtex
motor de uma pessoa, a área do cérebro associada com o movimento. "O
truque são os algoritmos de aprendizagem de máquina desenvolvidos no
Instituto Fraunhofer," diz Curio. John Chapin, um especialista em implantação
de eletrodos para controle de computadores, concorda que a tecnologia de
sensoriamento do eletroencefalograma está avançando rapidamente. "Tem
havido muitoprogresso no esquema não-invasivo nos últimos anos," disse ele à
New Scientist.
Os pesquisadores alemães esperam desenvolver uma versão comercial do
dispositivo como auxílio para pacientes paralisados ou amputados.
Chapin acrescenta que as interfaces cérebro-computador poderão ter muitos
usos além da área médica. "Sinais do cérebro dão a você a vantagem da
rapidez," acrescenta ele. O dispositivo poderá originar um novo controlador de
jogos e ser utilizado de muitas outras formas. Os pesquisadores inclusive já
começaram a testar a máquina para auxiliar a dirigir automóveis, já que ela
pode sentir uma reação súbita e controlar os freios do veículo bem antes que o
motorista o faça. O próximo estágio é desenvolver um capacete que não
precise ser conectado diretamente ao crânio. Isto deverá tornar o equipamento
mais fácil de usar e causar menos irritação à pele do usuário. Demonstrada
comunicação cérebro a cérebro usando o pensamento
Interface cérebro-cérebro
Cientistas da Universidade de Southampton, no Reino Unido, demonstraram
que é possível a comunicação entre duas pessoas utilizando apenas os
impulsos cerebrais, sem nenhum outro tipo de interação.
As interfaces cérebro-computador já não são nenhuma novidade, sendo
utilizadas para o controle de computadores, robôs, sistemas de realidade virtual
e até de cadeiras de rodas.
Mas o que a equipe do professor Christopher James desenvolveu agora é uma
interface cérebro-cérebro, ainda que a conexão seja mediada por
computadores.
"Enquanto a interface cérebro-computador não seja mais uma novidade e a
comunicação pessoa a pessoa pela atuação única do sistema nervoso já tenha
sido demonstrada antes, aqui nós mostramos, pela primeira vez, uma interface
verdadeira de um cérebro a outro," afirma o Dr. James.
Comunicação cérebro a cérebro
No experimento, uma pessoa utiliza uma interface cérebro-computador
tradicional, na qual eletrodos colados sobre seu crânio capturam os sinais
cerebrais e os traduzem em dígitos na tela do computador.
A seguir, o programa envia os sinais captados para um outro computador, via
Internet. Este computador recebe os sinais e os transforma em pulsos elétricos
que fazem piscar um pequeno conjunto de LEDs. Essas piscadelas são
captadas pelo equipamento ligado ao cérebro do segundo participante, que
decifra a mensagem.
Embaixo, à direita, pode-se ver a pequena lanterna de LEDs que pisca para
transmitir os sinais para o receptor da mensagem. [Imagem: Christopher
James]
Eletroencefalograma
A demonstração consistiu na transmissão de quatro algarismos - 1011. Um
aparelho de eletroencefalograma ligado ao usuário transmissor captura os
dígitos conforme ele pensa em mover seu braço - pensar em mover o braço
esquerdo gera um dígito 0, enquanto pensar em mover o braço direito gera um
dígito 1.
Não há movimento efetivo, apenas a intenção é suficiente para gerar os sinais
no aparelho de eletroencefalograma. Esses sinais são enviados ao
computador, que os decodifica e os transmite automaticamente para o segundo
computador.
O computador receptor recebe os dígitos e faz o conjunto de LEDs piscarem.
As piscadelas são sutis demais para que possam ser detectadas e
interpretadas conscientemente pelos olhos do usuário receptor. Mas são fortes
o bastante para interferirem com os eletrodos que estão monitorando seu
córtex visual. Detectando as alterações no cérebro do usuário receptor por
meio desses eletrodos, o programa de seu computador interpreta os sinais
recebidos e os imprime na tela.
Transmissão de pensamento
A demonstração teria sido um pouco mais didática se fossem usados dois
computadores no lado do usuário receptor - um para receber os sinais pela
Internet e fazer os LEDs piscarem, e outro para interpretar os sinais dos
eletrodos e mostrar a informação decodificada.
Mas o princípio de funcionamento é o mesmo, e as duas tarefas são feitas por
programas diferentes rodando no mesmo computador. Embora demonstre de
fato uma comunicação cérebro a cérebro verdadeira, é importante salientar que
não se trata, pelo menos não ainda, da transmissão de pensamentos, mas da
utilização da interpretação dos sentidos atuando no cérebro - o pensar no
movimento do braço, no caso do transmissor, e a sensação visual gerada no
receptor.
"Nós ainda temos que compreender todas as implicações de tudo isto, mas há
vários cenários nos quais a comunicação cérebro a cérebro poderá ser
benéfica, como ajudar as pessoas com sérias deficiências motoras a se
comunicarem. E há também a possibilidade de usar a tecnologia para jogos,"
diz o Dr. James.
Próteses biônicas serão ligadas ao cérebro com luz
Imagine um braço ou uma perna biônicos que possam ser plugados
diretamente no sistema nervoso humano. Isso poderá permitir que o cérebro
controle o movimento da prótese e que seu portador receba sensações
detectados por ela, como o calor de uma chama ou a pressão de um aperto de
mão.
Próteses robóticas
Quase todas as atuais interfaces neurais são eletrônicas, usando componentes
metálicos que geralmente são rejeitados pelo organismo - para uma alternativa,
veja Eletrodos plásticos tornam chips neurais compatíveis com cérebro.
Mas a equipe de Marc Christensen, da Universidade Metodista Meridional de
Dallas, nos Estados Unidos, está desbravando o caminho rumo a essas
próteses plug & play futuristas.
O grupo desenvolveu sensores fotônicos que poderão melhorar as conexões
entre os nervos e os membros biônicos ao substituir os eletrodos metálicos por
luz.
As fibras ópticas e os plásticos utilizados nesses sensores fotônicos são menos
propensos a gerar respostas imunológicas, que acabam em rejeição. E não
sofrem qualquer tipo de corrosão.
Por enquanto os sensores estão em fase de protótipos, e ainda são muito
grandes para serem implantados no corpo. Mas a equipe afirma que a
miniaturização é um passo natural.
Os cientistas desenvolveram sensores fotônicos que poderão melhorar as conexões entre os nervos e os membros biônicos ao substituir os eletrodos metálicos por luz. [Imagem: DARPA/JHUAPL/HDT Engineering Services]
Sensores fotônicos
Os sensores fotônicos são baseados em capas plásticas esféricas que mudam
de formato sob a ação de um campo elétrico. As capas são acopladas a fibras
ópticas, que transmitem a luz.
A maneira como a luz viaja no interior da esfera é chamado "modo de galeria
sussurrante", um nome inspirado na Catedral de São Paulo, em Londres, onde
o som viaja mais longe do que o normal porque as ondas refletem ao longo de
uma parede côncava.
O princípio de funcionamento dos sensores fotônicos é que o campo elétrico
associado com um impulso nervoso pode afetar o formato da esfera, o que irá
mudar a ressonância da luz no interior do dispositivo - ou seja, o nervo
efetivamente se torna parte do circuito fotônico.
Em teoria, a alteração na ressonância da luz que passa pela fibra óptica pode
informar ao braço robótico que o cérebro está querendo mover um dedo, por
exemplo.
Os sinais podem ser transmitidos no sentido inverso disparando um laser
infravermelho diretamente sobre o nervo, que pode ser guiado por um refletor
instalado na extremidade da fibra óptica.
Cão robótico
Os cientistas planejam testar o primeiro protótipo em um cão ou em um gato
nos próximos dois anos. Para isso eles já contam com um financiamento de
US$5,6 milhões.
Vários pesquisadores se mostraram entusiasmados com o trabalho. Mas Marc
Gasson, da Universidade de Reading, no Reino Unido, afirma que ainda haverá
problemas de rejeição.
"Certamente esses materiais são largamente biocompatíveis. Entretanto, eu
duvido que você possa descartar totalmente alguma forma de resposta
imunológica," disse Garson, que recentemente afirmou ter infectado a si próprio
com um vírus de computador.
Conclusão:
Com o avanço tecnológico e o desenvolvimento de implantes que captam a
atividade cerebral com mais precisão, tornando uma interpretação mais fiel dos
impulsos emitido pelo cérebro humano , diferentes dos implantes existentes
hoje, torna a interação homem maquina a cada dia mais precisa, tornando as
possibilidades de controle da mente uma realidade.
A conclusão que chegamos e que a ficção vira realidade, pois a cada dia que
passa as possibilidades e avanços da ciências são infinitas e somada a
vontade de descobrir e entender o mistério que envolve o corpo humano em
especial o cérebro, não Poe limite as descobertas cientificas.
Bibliografia:
Unsupervised brain computer interface based on intersubject information and online adaptationLu,S.,Guan,C.,Zhang,H. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering Vol.: 17, 135-145 DOI: 10.1109/TNSRE.2009.2015197Decoding spoken words using local field potentials recorded from the cortical surfasse 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
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=proteses-bionicas-serao-ligadas-cerebro-luz&id=010180101026
Wolf, D. F; Simões, E. V; Osório, F. S; Junior, O. T. Robótica Móvel Inteligente: Da Simulação às Aplicações no Mundo Real. Tecnologias. http://www.blogger.com/feeds/5414264393444888974/posts/defaultBlog Add Tech - Estratégia de Negócios com Realidade Aumentada. http://blog.addtech.com.br/post/Estrategia-de-Negocios-com-Realidade-Aumentada.aspxRobô feito de Lego que monta Legos. http://blog.brasilacademico.com/2010/10/robofeito-de-lego-que-monta-gos.htmlKinected Conference | MIT Media Lab. http://kinectedconference.media.mit.edu/É hora de discutir uma ética para a robótica.
http://www.inovacaotecnologica.com. br/noticias/noticia.php?artigo=etica-da-robotica&id=010180101221 Robôs assistentes pra pessoas com dificuldades motoras.
Robô enfermeiro que cuida de pacientes idososhttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=roboenfermeiro& id=010180110804
Robô assistente inspirado em cão-guia para cegoshttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=robo-assistenteinspirado- em-cao-guia-para-cegos&id=010180081030
Panasonic apresenta novas versões de robôs hospiralareshttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=panasonic-roboshospitais& id=010180111010
Prótese biônica e cadeira de rodas controlada por sinais nervososhttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=protese-bionicacadeira-rodas-controlada-pensamento&id=020175110218