Implante cerebral permite que homem preso traduza pensamentos em frases escritas

Republicado por Platão

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imagens de neurofeedback de implante cerebral

ALS (esclerose lateral amiotrófica) é devastadoramente cruel. À medida que os neurônios que controlam o movimento morrem lentamente, você perde a capacidade de andar, falar e respirar. Sua mente permanece afiada, mas você está completamente trancado, sem nenhuma forma de se comunicar com o mundo exterior.

Foi isso que um homem de 37 anos experimentou. Diagnosticado aos 30 anos, em apenas 4 meses perdeu a capacidade de falar e andar. Em dois anos, ele não conseguia mais mover os olhos – seu único método de comunicação com a esposa e o filho pequeno. Respirando através de um ventilador e completamente paralisado, ele ficou preso dentro de sua mente.

Determinado a sair da prisão física, o homem inscreveu-se um procedimento altamente experimental. Dois conjuntos de microeletrodos foram implantados cirurgicamente em regiões do cérebro que controlam o movimento. Pouco mais de 100 dias após a cirurgia, e após extenso treinamento, o paciente foi capaz de usar a mente para expressar seus pensamentos em frases completas.

Seu primeiro pedido? Mude a posição do corpo para ficar mais confortável. O próximo? “Eu gostaria de ouvir o álbum de ferramenta [uma banda] alto”, depois “Agora uma cerveja”.

“As pessoas realmente duvidaram que isso fosse viável”, dito Mariska Vansteensel, do Centro Médico Universitário de Utrecht, que não esteve envolvida no estudo, para Ciência.

Se replicado, o sistema promete trazer de volta a comunicação para centenas de milhares de pessoas que estão trancadas em suas mentes, seja por causa de ELA, acidente vascular cerebral, câncer ou lesões cerebrais traumáticas. Por enquanto, o método ainda está longe de estar pronto para uso clínico. Deixando de lado os anos de treinamento, o procedimento é altamente adaptado a cada pessoa, com uma conta pesada de pelo menos US$ 500,000 mil nos primeiros dois anos.

O campo também está atolado em polêmica, com dois dos autores do estudo envolvido em um escândalo de má conduta científica por sua trabalhos anteriores em pacientes encarcerados. Quanto ao novo trabalho, a especialista em implantes cerebrais Dra. Natalie Mrachacz-Kersting, da Universidade de Freiburg, que não esteve envolvida, mas está ciente de sua história, disse: “Eu diria que é um estudo sólido. "

O paciente não poderia se importar menos. “Primeiro quero agradecer” ao Dr. Niels Birbaumer, principal autor do estudo, disse ele com sua mente. Um ano depois, “meu maior desejo é uma cama nova e que amanhã eu vá fazer churrasco com vocês”, disse ele à família.

O longo caminho até lá

A cirurgia cerebral não é a primeira escolha de ninguém.

Após o diagnóstico, o homem traçou um plano de jogo familiar para qualquer família que luta contra a ELA. No centro havia um dispositivo de rastreamento ocular que ele poderia usar para soletrar seus pensamentos. Mas à medida que os músculos ao redor dos olhos falhavam gradualmente, ele não conseguia mais fixar o olhar, tornando o rastreador inútil. Posteriormente, a família desenvolveu seu próprio sistema de caneta e papel para que pudessem rastrear pensamentos simples com base nos movimentos dos olhos. Era rudimentar: qualquer movimento ocular observável é considerado um “sim”, caso contrário eles assumem “não”.

Percebendo que em breve poderá perder todo o controle visual, o paciente começou sua jornada para se comunicar apenas através dos sinais elétricos do cérebro. Com o surgimento de softwares cada vez mais poderosos e de implantes cerebrais biocompatíveis, ligando o cérebro aos computadores– e contornando os danos neurais – está se transformando em uma estratégia amplamente poderosa, embora ainda experimental, para combater a paralisia.

Começando com uma configuração não invasiva, ele recebeu eletrodos na superfície do crânio para capturar os amplos padrões elétricos do cérebro. Como o crânio dispersa sinais e gera ruído, o sistema também mediu sinais elétricos através do olho como uma fonte separada de dados. Desenvolvido por autores do estudo, Birbaumer e seu colaborador de longa data, Dr. Ujwal Chaudhary, o sistema funcionou em um binário “sim” ou “não”.

Dentro de um ano, as comunicações falharam mais uma vez. Antecipando seu destino de aprisionamento total, o homem – de acordo com sua esposa e irmã – evitou completamente os olhos. Em vez disso, eles optaram por implantes cerebrais para acessar diretamente seus sinais neurais.

Um longo caminho ainda

Em junho de 2018, apenas três anos após o diagnóstico, o homem teve dois eletrodos de microarray implantados em seu córtex motor. Cada implante continha 64 canais para ouvir a atividade do cérebro como forma de decodificar e comunicar-se com o mundo exterior.

Não é uma ideia nova. Um estudo em 2016 usaram implantes cerebrais – um total de 16 eletrodos – em uma mulher para controlar a digitação imaginando movimentos em sua mão. Ao contrário da paciente atual, ela ainda era capaz de piscar os olhos, o que tornava seu caso diferente. “Realmente não sabemos se a comunicação, mesmo a partir de sinais cerebrais, ainda é possível quando todo o controle muscular falha”, disseram os autores do estudo.

Quase imediatamente, eles bateram em uma parede. Um dia após o implante, enquanto o paciente ainda conseguia mover os olhos, a equipe pediu-lhe que confiasse na estratégia anterior da família de comunicar “sim” ou “não” enquanto monitorava os sinais cerebrais. Infelizmente, os sinais eram muito fracos. Pedir ao paciente que imaginasse movimentos de mãos, língua ou pés – todos truques de trabalhos anteriores – também não conseguiu gerar sinais neurais capazes de decodificar suas intenções.

Quase três meses frustrantes depois, a equipe mudou de estratégia. Eles aproveitaram o neurofeedback, um método que permite que alguém modifique seus sinais cerebrais com feedback em tempo real sobre se foi bem-sucedido. Parece uma meditação entre o acadêmico e a nova era e é um pouco incomum como paradigma de treinamento. Mas o neurofeedback está sendo testado como um método de autocontrole das funções cerebrais para uma variedade de distúrbios, incluindo ansiedade, depressão, insônia, vício e outros, com níveis variados de sucesso.

Aqui, a equipe usou o neurofeedback auditivo como uma forma de medir melhor as respostas neurais perto dos eletrodos implantados. Eles primeiro tocaram um tom e pediram ao homem que tentasse manipular o tom para um tom mais alto ou mais baixo. Sob o capô, os disparos neurais do homem aumentavam mais rápido ou mais devagar dependendo do tom, fornecendo uma base poderosa.

implante cerebral — *Crédito de imagem: Chaudhary et al, Natureza*

A estratégia funcionou. O paciente conseguiu mudar o tom do tom na primeira tentativa. Dentro de duas semanas ele poderia igualar o tom apenas concentrando-se. Esses testes iniciais permitiram que a equipe selecionasse neurônios altamente responsivos e, usando os dados, eles elaboraram uma estratégia simples: mantendo um tom alto ou baixo, ele poderia indicar “sim” ou “não” inicialmente e, posteriormente, letras individuais. .

Um Longo Caminho à Frente

O treinamento foi difícil. Em cada dia de sessão, a equipe começou com 10 minutos de registros da linha de base enquanto o homem descansava.

“É assim que podemos executar nosso programa de software para determinar a taxa de disparo de diferentes canais individuais” para ver quais são ideais para neurofeedback, explicaram os autores. No geral, o homem correspondeu a 80% do feedback antes de prosseguirem para as sessões de ortografia. Nos primeiros três dias, ele conseguiu soletrar o seu próprio nome, o de sua esposa e o de seu filho.

Mas ainda é uma tarefa árdua: mesmo com meses de treinamento, ele conseguia se comunicar com cerca de um caractere por minuto, ou 131 caracteres por dia. E esses são apenas os inteligíveis. Infelizmente, mesmo com treino não houve aumento de velocidade.

Por mais meticuloso que seja, o homem consegue contactar a sua equipa de cuidados e a sua família. Uma mensagem pedia para erguer a cabeça quando recebesse visitas. Outro pediu sem camisa, mas com meias para passar a noite.

“Ele até deu sugestões para melhorar seu desempenho ortográfico, soletrando ‘ativar o reconhecimento de palavras’”, disseram os autores cerca de seis meses após o implante. Dentro de um ano, ele disse “Rapazes, funciona tão facilmente” para a equipe, e pediu à sua esposa um belo jantar de “sopa de goulash e sopa de ervilha doce” em seu tubo de alimentação.

O tempo, tragicamente, não estava do seu lado. Nos três anos desde a sua implantação, as comunicações abrandaram e tornaram-se cada vez mais repletas de erros, ao ponto da completa incompreensibilidade.

Por que isso aconteceu permanece um mistério, mas os especialistas acreditam que é provavelmente devido à formação de tecido cicatricial ao redor dos eletrodos, que amortecem os sinais do cérebro. Embora os autores não tenham relatado nenhuma inflamação ou infecção na área do implante, é sempre um risco.

Mas, como pioneiro, o estudo esboça um novo começo para as pessoas que estão presas. É uma grande recompensa com uma responsabilidade extremamente elevada: muitos pacientes nesta fase podem estar no fim das suas vidas. Quão confiantes podemos estar numa tecnologia que descodifica as suas opiniões sobre tratamentos e decisões médicas? O que acontece se o implante cerebral interpretar mal um pensamento que implica os seus cuidados? E para doenças sem cura, em que ponto é que estas pontes mente-máquina se tornam falsas esperanças para os entes queridos à medida que o cérebro desaparece lentamente?

Por enquanto, o paciente corajoso não está preocupado com tudo isso. Com o implante, ele pediu ao filho de quatro anos para assistir ao filme da Disney Robin Hood, ou “bruxa e bruxo” na Amazon. “Eu amo meu filho legal”, disse ele com seu cérebro.

Crédito de imagem: Centro Wyss

Carimbo de hora: 30 de março de 2022