A interface cérebro-computador não é mais ficção científica

Thomas Reardon usa pulseiras elásticas felpudas, no tecido dos quais microchips e eletrodos são tecidos - uma espécie de joia steampunk [ acho que o autor tinha em mente o cyberpunk - aprox. perev. ] - em cada um dos pulsos. "Esta demonstração está explodindo", diz Reardon, que prefere ser abordado por seu sobrenome. Ele se senta ao teclado, liga o monitor e começa a digitar. Depois de algumas linhas de texto, ele empurra o teclado, expondo a superfície branca da mesa na sede de sua startup em Manhattan. Ele continua a imprimir, só que desta vez imprime sobre o espaço vazio da mesa. Mas o resultado é o mesmo - as palavras inseridas por ele aparecem no monitor.

É claro que isso é legal, mas muito mais importante é como esse truque ocorre. O texto na tela não é criado pelos dedos, mas por sinais que o cérebro envia aos dedos. As pulseiras os interceptam, interpretam e transmitem corretamente essa entrada para o computador - exatamente como um teclado faria. E se os dedos de Reardon estão realmente batendo na mesa não é mais importante; se ele tem alguma mão não é importante. A comunicação é entre o cérebro e o computador. Além disso, Reardon e colegas descobriram que a máquina pode perceber sinais mais sutis - como apertar um dedo - e não requer uma imitação real da digitação.

Você pode digitar cem palavras por minuto em seu smartphone enquanto segura as mãos nos bolsos. Pouco antes desta demonstração, vi o parceiro de Reardon, Patrick Kaifosh, tocar em seu iPhone em Asteroids. Uma dessas pulseiras misteriosas estava entre o pulso e o cotovelo. Era visível na tela que Asteroids estava jogando um bom jogador, e um pequeno barco espacial habilmente se esquivou de grandes pedras e giros, quebrando-os em pixels. Mas os movimentos de Kaifosh para controlar o jogo dificilmente se distinguiam: um leve tremor dos dedos da mão, deitado sobre a mesa. Parecia que ele estava jogando um jogo, controlando o cérebro dela. E de certa forma, era.

2017 foi o ano do aparecimento público da interface cérebro-máquina (IMM), uma tecnologia que tenta transferir o conteúdo misterioso de uma pasta de 1,5 kg dentro de nosso crânio para uma máquina que ocupa uma posição cada vez mais central em nossas vidas. A idéia foi tirada da ficção científica e entrou diretamente nos círculos de investidores de risco mais rapidamente do que o sinal passa pelo neurônio. Facebook, Elon Musk e outros concorrentes ricos - como o ex-fundador da Braintree, Brian Johnson, discutiram seriamente a idéia de implantes de silicone, não apenas nos fundindo com computadores, mas também aumentando nosso nível de espírito. Mas o CTRL-Labs, que não tem apenas as recomendações de empresas de tecnologia, mas também conselhos consultivos das estrelas do mundo da neurobiologia, pula o estágio de desvendar conexões intracranianas extremamente complexas e elimina a necessidade de cortar a pele do crânio para inserir um chip nele - e isso geralmente requer um IMM. Em vez disso, concentra-se em um rico conjunto de sinais que controlam os movimentos e viajam pela medula espinhal - escolhendo assim uma maneira mais simples de acessar o sistema nervoso.


Thomas Reardon, co-fundador e CEO da CTRL-Labs

Reardon e colegas do CTRL-Labs usam esses sinais como uma poderosa API entre todas as máquinas e o cérebro. No próximo ano, eles planejam transformar pulseiras desajeitadas em pulseiras mais finas, semelhantes às pulseiras de relógio, para que os primeiros seguidores possam abandonar seus teclados e pequenos botões nas telas dos smartphones. A tecnologia tem o potencial de melhorar a experiência da realidade virtual, que atualmente afugenta os usuários com seus cliques nos controladores que eles não vêem. Talvez não haja melhor maneira de mover e controlar o mundo alternativo do que com um sistema acionado pelo cérebro.

Reardon, 47 anos, diretora do CTRL-Labs, acredita que a praticidade imediata da versão IMM de sua empresa a coloca um passo à frente da competição por ficção científica. "Quando vejo esses anúncios de tecnologias de escaneamento cerebral e uma obsessão por uma abordagem da neurociência que nega o corpo, como" o cérebro do banco ", sempre me parece que essas pessoas sentem falta da coisa mais importante - como todas as novas tecnologias se tornam comerciais, esse pragmatismo severo - ele diz. "Estamos tentando enriquecer a vida das pessoas, dar-lhes mais controle sobre o que as rodeia e sobre esse pequeno dispositivo estúpido no seu bolso - que agora, de fato, serve como um dispositivo somente leitura, com formas aterradoras de inserir informações"


Mason Rimeli demonstra como controlar o jogo com uma pulseira

Os objetivos de Reardon são muito ambiciosos. "Gostaria que nossos dispositivos, nós ou nossos parceiros, os fabricassem, aparecessem em milhões de pessoas em três a quatro anos", diz ele. Mas uma interface telefônica aprimorada é apenas o começo. O CTRL-Labs espera abrir o caminho para o futuro, no qual as pessoas possam gerenciar com sucesso um grande número de dispositivos ao seu redor, usando ferramentas que ainda não foram inventadas. Em um mundo em que sinais claros das mãos - o silencioso discurso secreto da mente - estão se tornando a principal maneira de se comunicar com a esfera eletrônica.

A iniciativa surgiu no momento profético da existência da empresa, quando estava em uma posição ideal para introduzir inovações. O líder da empresa é um programador talentoso, com pensamento estratégico, que administrou a incorporação das iniciativas de grandes empresas - e as deixou para se tornar um neurocientista. Reardon percebe que todo o seu passado o levou aleatoriamente a uma oportunidade incrivelmente importante, perfeita para uma pessoa com suas habilidades. E ele está determinado a não sentir falta dela.

Reardon cresceu em New Hampshire e era um dos 18 filhos de uma família da classe trabalhadora. Ele se separou do grupo aos 11 anos, aprendeu a programar em um centro de treinamento local patrocinado pela gigante da tecnologia Digital Equipment Corporation. "Fomos chamados de" guips , pequenos hackers ", diz ele [gweep - os chamados primeiros hackers dos primeiros microcomputadores / aprox. transl.]. Ele completou vários cursos no MIT e, aos 15 anos, ingressou na New Hampshire University. Era uma pena olhar para ele - era uma combinação de um jovem verde e um pobre homem. Ele não estudou lá por um ano. "Eu tinha 16 anos e percebi que precisava procurar trabalho", diz ele. Como resultado, ele acabou em Chapel Hill, Carolina do Norte, e trabalhou pela primeira vez em um laboratório de raios-X na Duke University, montando um sistema de computadores universitário para trabalhar com a Internet. Logo, ele fundou sua própria empresa de rede, que criou utilitários para a empresa mais poderosa da Novell. Como resultado, Reardon vendeu a empresa, no processo que encontrou com a capital de risco Ann Winblad, que o apresentou à Microsoft.

O primeiro trabalho de Reardon foi gerenciar uma pequena equipe que clonou os principais softwares da Novell para integrá-los ao Windows. Ele ainda era um adolescente e não estava acostumado a gerenciar pessoas, e alguns de seus subordinados o chamavam de Dougie Hauser . E, no entanto, ele se destacou da multidão. "Você conhece muitas pessoas inteligentes na Microsoft, mas Reardon pode ter atingido você", diz Brad Silverberg, então chefe do projeto Windows e agora investidor de risco (investido no CTRL-Labs). Em 1993, a vida de Reardon mudou quando ele viu o primeiro navegador da web. Ele criou um projeto do qual saiu o Internet Explorer, que foi rapidamente introduzido no Windows 95 como parte da competição emergente. Por um tempo, foi o navegador mais popular do mundo.

Alguns anos depois, Reardon deixou a empresa, decepcionado com a burocracia e torturado por litígios antitruste relacionados ao navegador que ele ajudou a criar. Reardon e algumas pessoas de sua equipe lançaram uma startup relacionada ao acesso à Internet sem fio. "Começamos na hora errada, mas tivemos a ideia certa", diz ele. E então Reardon fez uma simulação inesperada: ele deixou a indústria e se tornou um estudante na Universidade de Columbia. Escrever um diploma em cultura antiga. Ele recebeu inspiração de uma conversa descontraída com o famoso Freeman Dyson , que ocorreu em 2005. Ele mencionou que leu muita literatura em latim e grego. "Provavelmente o maior físico vivo me disse: não faça ciência, leia Tácito ", diz Reardon. "Eu fiz isso." Aos 30 anos.


Thomas Reardon se comunica com subordinados

Em 2008, Reardon recebeu seu diploma com honras, mas mesmo antes de se formar, começou a frequentar cursos de neurobiologia e se apaixonou por trabalhar no laboratório. “Ela me lembrou de programar, fazer algo com minhas próprias mãos e tentar fazer algo, ver como funciona e depois procurar por erros”, diz ele. Ele decidiu tratar seriamente dessa questão e escrever um currículo para a magistratura. Ele se transferiu para a Colômbia, trabalhou sob a supervisão do renomado neurocientista Thomas Jessel (agora assessorando o CTRL-Labs junto com outras estrelas como Krishna Shenoy, de Stanford).

Segundo o site deles, o laboratório de Jessela "estuda os sistemas e circuitos que controlam o movimento", que ela chama de "a raiz de todo comportamento". Isso reflete o foco da Colômbia na separação neurobiológica entre aqueles que estudam o que está acontecendo dentro do próprio cérebro e aqueles que estudam sua produção. Embora as atividades das pessoas que tentam desvendar os segredos do cérebro, estudando sua matéria, sejam encobertas de charme, as pessoas do segundo campo acreditam com calma que o que o cérebro nos faz fazer é sua principal função. O neurocientista Daniel Walpert uma vez resumiu esta visão de mundo: “Nós temos um cérebro por apenas uma razão - para emitir movimentos facilmente adaptáveis ​​e complexos. Mais razões para ter um cérebro não existem. Você pode influenciar o mundo ao seu redor apenas com movimentos.

Essa abordagem ajudou a moldar o CTRL-Labs, que apareceu quando Reardon fez um brainstorming com dois de seus colegas no laboratório em 2015. Seus co-fundadores foram Kaifosh e Tim Machado, que receberam seus doutorados um pouco antes de Reardon. Eles começaram a criar uma empresa. Durante o treinamento, Reardon tornou-se cada vez mais interessado na arquitetura de rede que tornava possíveis "movimentos conscientes" - ações que não pareciam complicadas, mas na realidade exigiam precisão, sincronização e experiência adquirida inconscientemente. “Coisas como tomar uma xícara de café na sua frente, trazê-la aos lábios e não carregá-la com toda a força em seu rosto”, explica ele. É incrivelmente difícil calcular quais neurônios cerebrais emitem comandos ao corpo para que esses movimentos se tornem possíveis. A única maneira adequada de obter acesso a essas ações é fazer um buraco no crânio e inserir o implante no cérebro e, depois, dolorosamente tentar entender quais neurônios funcionam lá. "Você pode extrair alguns dados, mas é preciso uma pessoa para treinar um desses neurônios, por exemplo, para controlar a prótese, a cada ano", diz Reardon.


Patrick Kayfosh, Chefe de Segurança da Informação e Co-Fundador do CTRL-Labs

Mas o experimento de Machado abriu novas possibilidades. Machado, como Reardon, estava muito interessado em como o cérebro controla os movimentos, mas ele nunca pensou que a implementação do IMM devesse ser realizada através da implantação de eletrodos no cérebro. “Eu nunca imaginei que as pessoas fariam isso para enviar mensagens de texto uma para a outra”, diz Machado. Ele estudou como os neurônios motores que se estendem através da medula espinhal até os músculos reais do corpo podem ser adaptados para isso. Ele criou um experimento no qual removeu a medula espinhal em ratos e os manteve ativos para medir o que aconteceu com os neurônios motores. Os sinais foram surpreendentemente organizados e conectados. "Você pode entender o significado da atividade deles", diz Machado. Dois jovens neurobiólogos e um programador que se tornou um neurobiólogo, um pouco mais velho que eles, viram outra possibilidade de criar IMI. "Se você trabalha com sinais, pode tirar algo disso", lembra Reardon.

Era lógico captar esses sinais nas mãos - já que o cérebro humano é configurado principalmente para trabalhar com as mãos. Os CTRL-Labs não foram os primeiros a entender o valor desses sinais: um teste padrão para determinar anomalias neuromusculares usa sinais de eletromiografia , EMG. Nos primeiros experimentos, o CTRL-Labs usou ferramentas médicas padrão para receber sinais EMG, mesmo antes de começar a criar seu próprio equipamento. A inovação consiste em uma leitura mais precisa do EMG - incluindo o recebimento de sinais de neurônios individuais - em comparação com as tecnologias existentes e, mais importante, no reconhecimento das conexões entre atividade elétrica e músculos, para que o CTRL-Labs possa transformar o EMG em instruções adequadas para controle dispositivos de computador.

Adam Berenzweig, ex-CTO da empresa de aprendizado de máquina Clarifai, agora um cientista líder do CTRL-Labs, acredita que o desenvolvimento desses sinais é comparável ao reconhecimento de um sinal tão complexo como a fala. Outro cientista líder, Steve Demers, físico que trabalha em química computacional, ajudou a criar o efeito visual premiado, "tempo de bala", usado no filme Matrix. "A fala surgiu como resultado da evolução, especificamente para transmitir informações de um cérebro para outro", diz Berenzweig. - Esses sinais neurais motores apareceram como resultado da evolução especificamente para transferir dados do cérebro para a mão, por influenciar a mudança no mundo, mas, diferentemente da fala, ainda não tínhamos acesso a esses sinais. É como se não tivéssemos microfones e a capacidade de gravar e assistir som.


Adam Berenzwig, cientista principal do CTRL-Labs

Mas captar um sinal é apenas o primeiro passo. Talvez a tarefa mais difícil seja transformá-los em sinais que o dispositivo entende. Isso requer uma combinação de programação, aprendizado de máquina e neurobiologia. Em alguns casos, ao usar o sistema pela primeira vez, uma pessoa precisará passar por um curto período de treinamento, durante o qual o software da empresa descobrirá como comparar os sinais de cada pessoa com cliques do mouse, pressionamentos de teclas, toque de botões e movimentos dos dedos na tela do smartphone, no computador e nos manipuladores para VR. Surpreendentemente, o mais simples dos produtos de demonstração existentes leva apenas alguns minutos.

Será mais difícil treinar o sistema quando as pessoas deixarem de imitar movimentos tradicionais - digamos, digitar texto pelo sistema QWERTY - para alterar as tarefas existentes, por exemplo, digitar, com as mãos no bolso. Pode se tornar mais rápido e conveniente, mas exigirá paciência e esforço. "Esta é uma das grandes e difíceis questões", diz Berenzweig. - Talvez isso exija várias horas de treinamento - mas quanto tempo leva as pessoas hoje para estudar o sistema QWERTY? Anos ". E ele tem idéias para melhorar a curva de aprendizado. Um deles é a gamificação. Outra é convidar as pessoas a imaginarem que estão aprendendo um novo idioma. "Podemos ensinar as pessoas a produzir sons fonéticos com as mãos", diz ele. "Parece que eles estão conversando com as mãos."

É o uso de comandos cerebrais de um novo tipo que mostrará se o CTRL-Labs se tornará uma empresa que cria interfaces de computador aprimoradas ou é caro para um novo tipo de simbiose entre homem e objetos. Um dos consultores científicos do CTRL-Labs é John Krakauer, professor de neurobiologia e medicina física e reabilitação na Faculdade de Medicina da Universidade. John Hopkins, que dirige o laboratório do Cérebro, treinamento, animação e movimento. Krakauer me disse que está trabalhando com outras equipes de seu instituto para usar o sistema CTRL-Labs para treinar pessoas que usam próteses para substituir membros perdidos, em particular, para criar um membro virtual com o qual as pessoas precisam aprender a lidar antes como obter um transplante de membro de um doador. "Estou muito interessado em usar este dispositivo, a fim de ajudar as pessoas a desfrutarem mais do movimento quando elas mesmas não podem mais andar ou praticar esportes", diz Krakauer.



Mas Krakauer (que é um causador de problemas no mundo da neurobiologia) também vê algo mais na operação do sistema do CTRL-Labs. Embora a mão humana seja um dispositivo excepcionalmente bom, é possível que os sinais do cérebro possam lidar com algo muito mais complexo. "Não sabemos se a mão é o melhor dispositivo que podemos controlar com o cérebro, ou se o cérebro é muito melhor do que as mãos", diz ele. Se o último for verdadeiro, os sinais EMG poderão funcionar com as mãos com um grande número de dedos. Talvez possamos controlar muitos dispositivos robóticos com a mesma simplicidade que tocamos instrumentos musicais com nossas próprias mãos. "Não será um grande exagero dizer que se você pode fazer algo na tela, pode fazê-lo com um robô", diz Krakauer. "Pegue qualquer abstração corporal que puder imaginar e passe para outro lugar, em vez de sua mão - digamos que possa ser um polvo."

Talvez possamos usar próteses que excedam as capacidades daquelas partes do corpo com as quais nascemos.Ou talvez várias próteses conectadas ao corpo em lugares diferentes. "Gosto da ideia de usar esses sinais para controlar um dispositivo externo", diz Krakauer. "Eu também gosto da idéia de uma pessoa saudável que tem apenas um rabo."

Para uma empresa com menos de dois anos, o CTRL-Labs já sobreviveu bastante. No final do ano passado, o co-fundador Tim Machado saiu. Agora ele trabalha no prestigiado laboratório de bioengenharia da Deisserot, mas continua sendo consultor da empresa e co-proprietário de valiosa propriedade intelectual. Somente no mês passado, a empresa mudou seu nome, era originalmente chamada de Cognescent, mas no final a equipe se reconciliou com o fato de que, dessa forma, eles seriam constantemente confundidos com a empresa de TI da Cognizant, com uma capitalização de US $ 40 bilhões.

Mas, de acordo com Reardon, o mais interessante da empresa é a alta velocidade de desenvolvimento de um sistema que incorpora suas idéias. Isso se compara favoravelmente com os primeiros dias de sua existência, quando o progresso era irregular. "Demoramos três ou quatro meses apenas para ver algo na tela", diz Vandita Sharma, programadora. "No final, foi um momento muito legal em que consegui conectar meu telefone à pulseira e ver o EMG na tela". Quando visitei a empresa pela primeira vez neste verão, o mago de jogos de 23 anos Mason Rimali me deixou brincar com a versão demo do Pong, o menor de todos os testes de controle. Algumas semanas depois, outro programador, Mike Astolfi, me mostrou um jogo em Asteroids, no qual nem todas as funções funcionavam. Logo depois, o jogo foi 100% realizado, e Kaifosh conseguiu jogá-lo, embora não sem empurrões bruscos.Astolfi está agora se adaptando ao sistema Fruit Ninja. “Em novembro, quando vi a manifestação, decidi que eles haviam feito muito pouco progresso. Ultimamente, parece que eles controlaram a onda ”, diz Andrew Murray, pesquisador do Wellcome Center for Neurocontour and Behavioral Science em Sansberry, que trabalhou no laboratório de Jessel com Reardon por algum tempo.



"A tecnologia em que estamos trabalhando é binária em termos de recursos - funciona ou não", diz Reardon. - Você consegue imaginar um mouse de computador funcionando 90% do tempo? Você não o usaria. Hoje, temos evidências de que o inferno está funcionando. É surpreendente que esteja funcionando agora, antes do previsto. ” Segundo o co-fundador Kaifosh, o próximo passo é o uso dessa tecnologia na própria empresa. "Provavelmente começaremos a nos livrar dos ratos", diz ele.

Mas muito mais será necessário para que todos joguem fora nossos teclados e mouses. Tal movimento exigirá que grandes empresas adotem esse sistema, determinando o que usamos em nossa rotina diária. Reardon acredita que eles vão fazer isso. "Todas as grandes empresas, sejam Google, Apple, Amazon, Microsoft ou Facebook, estão apostando em novos tipos de interações", diz ele. "Estamos tentando conscientizar a todos."

Também há competição por sinais EMG. O Thalmic Labs, que recentemente recebeu US $ 120 milhões em investimentos da Amazon, também participa. Seu produto, lançado pela primeira vez em 2013, interpreta apenas vários gestos, embora digam que a empresa já está trabalhando em um novo dispositivo. O diretor de vendas da CTRL-Labs, Josh Duyang, diz que o monitoramento não invasivo da atividade neuronal usada por sua empresa é "uma inovação que cria IMMs e nos diferencia de outra empresa que fabrica um dispositivo que ninguém usa, como o Thalmic". O investimento de US $ 11 milhões recebido pela CTRL-Labs veio de várias fontes, incluindo Spark Capital, Matrix Partners, Breyer Capital, Glaser Investments e Fuel Capital. No final, Reardon acredita que sua tecnologia tem uma vantagem sobre outras implementações do IMM - como Elon Musk,Brian Johnson e Regina Dugan, do Facebook, Reardon já foram um empreendedor de tecnologia bem-sucedido no passado. Mas, diferentemente deles, ele tem doutorado em neurobiologia.

"Esses momentos da vida são raros", diz Reardon, com quem isso aconteceu com mais frequência do que com os outros. "Este é o momento de Warren Buffett." Você espera, espera e espera, e espera pelo que parece disparar. Essa é a coisa muito rara. "

Se ele estiver certo, no futuro, quando as pessoas disserem tais frases, elas abanarão o rabo.