Interface Cérebro-Máquina (BCI)

Workshop - Liga de NeurologiaXI Congresso Médico-Acadêmico - 2012

Faculdade de Medicina de Jundiaí

Apenas Ficção?

Ou Realidade?

Para pessoas com graves deficiências, o desenvolvimento de uma interface cérebro-computador pode representar o maior avanço tecnológico em muito tempo.

Esperança aos deficientes

Mecanismo básico da Interface

• EEG - simples e não invasivo, porém crânio bloqueia e distorcesinais que passam.

• Implantação de eletrodos sobre a matéria cinzenta – melhor recepção de sinais elétricos, porém, requer cirurgia invasiva e há tendência a deixar cicatrizes.

• Imagem de Ressonância Magnética – imagens de alta resolução, orientam local de implantação de eletrodos.

NeuroplasticidadeÉ a capacidade de mudança contínua do

cérebro, até a velhice. Responsável por nosso desenvolvimento e adaptações a novas experiências.

A Neuroplasticidade é importante na BCI pois significa que um adulto é capaz de operar uma BCI quando implantes são utilizados. O cérebro consegue acomodar esse suposto intruso e desenvolver novas conexões que tratarão o implante a uma suposta parte natural do cérebro.

Treinamento mental

• Treinar o pensamento de realizar um movimento. Depois de muitas tentativas, o software reconhece os sinais associados ao pensamento do movimento específico.

• Software conectado aomembro mecânico é programado para recebero sinal e convertê-lo emações mecânicas.

Entrada sensorialImplante Coclear – forma mais comum de BCI. No caso de ouvido danificado mas nervos auditivos

intactos: Implante contorna parte do ouvido que não funciona, transforma ondas sonoras em sinais elétricos e os transmite diretamente aos nervos auditivos.

Implante Ocular: Um par de de óculos com uma pequena câmera é conectado ao computador que, por sua vez, está ligado a eletrodos implantados no córtex visual. Jens Naumann

Interface Cérebro-Máquina: alguns passos já dados…

• 2002: John Chapin desenvolveu o “robo-rat”, na escola de medicina da Universidade de Nova York. • O rato-robô percorreu com precisão toda a “pista de avaliação dos limites dos mais avançados robôs autônomos construídos”. • Instruiu o rato a caminhar para vencer qualquer labirinto. • Implantou microeletrodo em S1 direito e S1 esquerdo, e

no feixe medial do forebrain (MFB), que quando estimulado gera sensações prazerosas.

• Animal aprendeu a associar pulso em S1 direito a uma instrução para virar a direita. Aprendeu de forma surpreendentemente rápida pois a cada instrução obedecida, recebia um impulso em seu MFB.

2003: macaca joga videogame sem usar o joystick.Em seguida, ela aprende a executar a mesma tarefa controlando um braço robótico com o pensamento. O experimento, que abriu caminho para o desenvolvimento de neuropróteses, foi publicado na revista científica "PloS Biology".

2004: BrainGate (Universidade de Brown).

O paciente consegue ler mensagens eletrônicas, jogar videogame, ligar e desligar as luzes, mudar os canais e alterar o volume da televisão.

2008: experimento com macaca Idoya na Carolina do Norte (EUA) e robô humanoide em Kyoto (Japão).

O Walk Again Project (Projeto Andar de Novo) é uma rede formada por laboratórios e companhias, em que cada um dos membros responsabilizar-se-á por uma

parte da criação de neuroprótese. O consórcio tem elos no Japão, França, Alemanha, Suíça, Estados Unidos e

Brasil.

O objetivo principal do projeto é desenvolver uma interface cérebro-máquina capaz de restaurar toda a mobilidade de um indivíduo que apresenta paralisias.

2010: perna biônica foi apresentada a um centro médico de San Antonio, nos EUA,sob sistema da PowerFoot BiOM. Ela restaura os movimentos do pé, tornozelo e panturrilha da perna amputada e ajuda a impulsionar o paciente durante a caminhada.

HAL (Hybrid Assistive Limb)

Exoesqueleto em desenvolvimento na Universidade Tsukuba, Japão.

Quando a pessoa pensa em se movimentar, sinais nervosos podem ser captados pelo HAL e os convertem em ação mecânica.

Se não houver boa sinalização bioelétrica por problemas no Sistema Nervoso Central ou músculos, "HAL“ pode ser usado através de controle robótico automático.

2011:Experimento no qual macaca foi capaz de sentir o que está se tocando com o braço virtual.

Abertura da copa do mundo em 2014??

O amanhãInterface cérebro-máquina

Curto prazo (próximos anos): as principais aplicações serão na medicina com novos métodos de reabilitação neurológica, para tratar condições como paralisia.

Médio prazo (próximas duas décadas): “chegarão as aplicações computacionais. Nossa relação com as máquinas será completamente diferente: não usaremos mais teclados, monitores, mouse... o computador convencional deixará de existir. Vamos submergir em sistemas virtuais e nos comunicaremos diretamente com eles. “

• Longo prazo (próximo século): “o corpo deixará de ser o fator limitante da nossa ação no mundo. Nossa mente poderá atuar com máquinas que estão à distância e operar dispositivos de proporções nanométricas ou gigantescas: de uma nave espacial a uma ferramenta que penetra no espaço entre duas células para corrigir um defeito.”

Em breve, Nicolelis e sua equipe na Universidade de Duke deverão apresentar à comunidade científica sua mais nova criação: uma interface cérebro-máquina wireless, embrião do que Nicolelis chama brainet, uma espécie de internet controlada por pensamento. Nessa versão idealizada pelo cientista, nossa atividade elétrica cerebral viajaria pelo ar como ondas de rádio.

“Imagine viver num mundo em que as pessoas usam computadores, dirigem carros e se comunicam simplesmente por meio do pensamento.”

• “... vejo o futuro com muito otimismo e expectativa... Talvez seja por não podermos conceber com muita certeza as verdadeiras dimensões desse futuro, eu me sinto compelido a abraçar esta oportunidade incrível de poder libertar nossos cérebros dos nossos limites corporais e de o que isto poderá trazer para a nossa espécie(...) a interface cérebro-máquina promete desencadear tremendas perspectivas humanísticas.”

OBRIGADO!

Referências:

ESTADÃO, Entrevista Miguel Nicolelis ao jornal, Integração entre cérebro-máquina vai influenciar evolução (08 de Janeiro de 2011).Disponível em: <http://www.estadao.com.br/noticias/vidae,integracao-entre-cerebro-e-maquinas-vai-influenciar-evolucao,663729,0.htm> Acesso em: 30 de junho de 2012

VEJA, Entrevista Miguel Nicolelis à Revista, Em 2014 tetraplégico vai dar o pontapé inicial da copa do mundo usando um exoesqueleto promete neurocientista (01 de Julho de 2011).Disponível em:< http://veja.abril.com.br/noticia/ciencia/em-2014-tetraplegico-vai-dar-o-pontape-inicial-da-copa-do-mundo-usando-um-exoesqueleto-promete-neurocientista> Acesso: em 02 de Julho de 2012

MACHADO, S., CUNHA, M., VELASQUES, B., MINC, D., BASTOS, V., BUDDE, H., CAGY, M., PIEDADE, R., RIBEIRO, P. “Interface cérebro-computador: Novas perspectivas para reabilitação”. Disponível em: <http://www.revistaneurociencias.com.br/edicoes/2009/RN%2017%2004/258%20revisao.pdf>. Acesso em: 1 de julho de 2012.

Revista ISTOÉ independente. Capa “Medicina e Bem-Estar”. Edição 2023. 11/08/2008. Disponível em< http://www.istoe.com.br/reportagens/9730_O+MOVIMENTO+DE+NICOLELIS > Acesso em: 01 de julho de 2012. UOL Ciência e Saúde. “Experimento com neuroprótese acontece este ano no Brasil, diz cientista”. 12/03/2008. Disponível em < http://noticias.uol.com.br/ultnot/cienciaesaude/ultnot/2008/03/12/ult4477u391.jhtm > Acesso em: 01 de julho de 2012. GONÇALVES, E. “Neuroprótese”. Disponível em< http://vocenofuturo.com/2011/04/neuroprotese/ > Acesso em 01 de julho de 2012.

Moreira,A.,Rios,F.,Ladeira,G.,Vieira,P.,Silva,R.”Neuropróteses e suas aplicações”.Disponível em:<http://scholar.googleusercontent.com/scholar?q=cache:qV9jkHX1Zi0J:scholar.google.com/+interface+cerebro+maquina&hl=pt-BR&as_sdt=0> Acesso em: 2 de julho de 2012.

'Olho biônico' garante novas esperanças para cegos (03 de abril de 2011). Disponível em: <http://www.neuroengenharia.com.br/ >Acesso em: 1 de julho de 2012

Empresa diz que perna biônica restaura movimentos perdidos (26 de novembro de 2010). Disponível em: <http://www.neuroengenharia.com.br/> Acesso em: 1 de julho de 2012.

Cego volta a enxergar após ter chip implantado no olho (3 de novembro de 2010). Disponível em: <http://www.neuroengenharia.com.br/>. Acesso em: 1 de julho de 2012.