Sensores unidirecionais ou dispositivos de feedback implantados no cérebro podem ser usados para tratar várias doenças, como epilepsia e doença de Alzheimer, controlar próteses e exoesqueletos de membros, receber sinais do
olho biônico e também desempenhar as funções do próprio cérebro.
Nos últimos trinta anos, os cientistas tentaram criar um dispositivo que simula os processos que ocorrem no hipocampo, a fim de restaurar a capacidade das pessoas de criar novas memórias - transferir dados da memória de curto prazo para o longo prazo. Em um trabalho recente, uma equipe de várias universidades americanas melhorou os resultados da solução de problemas de memorização em 35-37%.
Vamos discutir até que ponto os pesquisadores chegaram nesta área e de quem devemos esperar novas soluções no futuro.
Filmado do filme "Johnny Mnemonic"Os implantes cerebrais são um clássico da ficção científica, encontrados em filmes ("Johnny Mnemonic") e livros ("Enclaves"). Freqüentemente, nas fantasias de escritores e roteiristas, eles são projetados para substituir e expandir a memória, aumentar a capacidade de aprendizado e obter acesso à rede. Nos Enclaves, um processador adicional pode ser inserido na porta do crânio, aumentando a capacidade do cérebro várias vezes.
Na vida real, já existem exemplos de implantes cerebrais. Um dos primeiros dispositivos a trabalhar no interior do crânio para obter informações foi um
implante coclear para compensar a perda auditiva com
perda auditiva neurossensorial : nesse distúrbio, a audição é perdida devido a danos no aparelho receptor de som. Uma prótese neuro converte impulsos elétricos de um microfone externo em sinais compreensíveis para o sistema nervoso humano. A tecnologia tem sido usada desde os anos 1960.
FonteAs próteses oculares funcionam de acordo com um sistema semelhante: os dados da câmera embutida nos óculos são transmitidos para o dispositivo principal, que converte a imagem em um sinal que vai para os eletrodos conectados à retina ou implantados no cérebro. Desde que todos os dispositivos desta área permitam ver apenas os contornos dos objetos, não se fala em cores.
Uma maneira de ajudar pacientes com epilepsia é o monitoramento invasivo. Os eletrodos são implantados no cérebro dos pacientes, o que ajuda os médicos a determinar a área de início de uma crise epilética e sua disseminação. A determinação precisa desses parâmetros permite medidas cirúrgicas eficazes para tratar o paciente. Outra área que deve ajudar as pessoas com doença de Alzheimer ou depressão, nas quais as drogas afetam o cérebro, são os
implantes para injeção direta da droga no cérebro, que estão trabalhando em uma equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
Existem experimentos no campo de doenças mais raras. Um dos primeiros cyborgs,
Neil Harbisson , não vê flores desde a infância devido à
acromatopsia . Ele desenvolveu um dispositivo que lhe permite "ouvir" cores.
Outra área promissora é melhorar a memória. Os cientistas ainda não entendem completamente como o cérebro humano funciona, mas já são capazes de restaurar algumas de suas funções - os dispositivos literalmente imitam seu comportamento, reconstruindo os sinais elétricos recebidos, estimulando as áreas necessárias na seqüência correta.
Theodore Berger, da Universidade do Sul da Califórnia, procura uma maneira de melhorar a memória humana com dispositivos implantáveis no cérebro há mais de 25 anos. No início dos anos 2000, um grupo de cientistas sob sua liderança criou uma das primeiras próteses do
hipocampo para roedores experimentais. Essa área do cérebro é responsável pela transição da memória de curto prazo para o longo prazo. Os sintomas da forma mais comum de demência - a doença de Alzheimer - incluem um distúrbio de memória de curto prazo, e um dos primeiros sinais da doença é uma diminuição no volume dessa parte do cérebro.
Em 2010, Berger realizou uma série de
experimentos em ratos com eletrodos implantados que capturaram as regiões CA3 e CA1 do hipocampo. Os roedores resolveram problemas, estando em uma câmara com duas alavancas escondidas na parede. Primeiro você tinha que pressionar a alavanca, depois ele se retraiu contra a parede por um certo tempo e depois que o rato escolheu uma das duas alavancas que apareceram. Para obter água, o roedor precisava pressionar a alavanca de partida oposta e, se pressionasse a mesma, o sujeito era punido ao desligar a luz. O tempo para resolver o problema foi gradualmente aumentado de 5 para 60 segundos. Os eletrodos naquele momento registravam os sinais dos neurônios quando a alavanca era pressionada.
O "código" gravado nos permitiu criar um modelo de estimulação para melhorar o desempenho desta tarefa. No gráfico na parte inferior esquerda da imagem, os resultados obtidos durante a estimulação cerebral usando este modelo são marcados em laranja, e os resultados do controle registrados no estágio anterior do experimento são marcados em azul. Nesse caso, a estimulação foi realizada não no momento de adivinhar a alavanca, mas no momento da primeira interação com ela - ou seja, para memorização.
Adicionando sinais artificiais (Theodore W. Berger, Robert E. Hampson, Dong Song, Anushka Goonawardena, Vasilis Z. Marmarelis, Sam A. Deadwyler, 2011)Em 2011, a equipe Berger
demonstrou a capacidade de ativar e desativar a memória dos animais usando sensores no cérebro de ratos. Usando drogas, os roedores bloquearam a capacidade de criar memórias de longo prazo - bloquearam o trabalho da região CA3 e depois o restauraram usando eletrodos. Sinais artificiais que recriam a atividade dos neurônios melhoraram a porcentagem de respostas corretas.
Substituindo o sinal natural do hipocampo por um artificial (Theodore W. Berger, Robert E. Hampson, Dong Song, Anushka Goonawardena, Vasilis Z. Marmarelis, Sam A. Deadwyler, 2011)Em 2017, começaram as experiências com pessoas com eletrodos implantados no cérebro. Vinte voluntários resolveram as tarefas de memorização. Primeiro, o implante registrou sinais neurais e, em seguida, "ajudou" a pessoa a se lembrar da resposta à tarefa devido à estimulação cerebral. Em seguida, a memória de curto prazo foi aprimorada em 15%. Um novo estudo,
publicado em 28 de março de 2018 , elevou esse número para 35-37%. Desde 2014, a agência DARPA está interessada na questão da recuperação de memória: financiou essa pesquisa e também concede subsídios para trabalhos de pesquisa no campo da criação de sensores implantáveis por feedback no cérebro.
Para um novo estudo, uma equipe de cientistas do Centro Médico Batista Wake Forest e da Universidade do Sul da Califórnia recrutou oito pacientes com epilepsia envolvidos em um procedimento diagnóstico de mapeamento cerebral. Eletrodos foram instalados em diferentes partes do cérebro dos participantes. O estudo teve como objetivo a
memória episódica , que contém informações úteis por um curto período de tempo - é com ele que os principais problemas surgem em pessoas com doença de Alzheimer, acidente vascular cerebral e lesões na cabeça.
Sistema de eletrodos para monitoramento e duplicação da atividade neural do hipocampoEm um teste, os pacientes realizaram tarefas em formas geométricas coloridas, enquanto os sensores registravam a atividade dos neurônios no hipocampo. Depois de visualizar a figura, eles tiveram que escolher entre quatro ou cinco opções. Estimular o cérebro na sequência correta aumentou a eficiência de resolver esses problemas em 37%. O segundo teste foi adivinhar as fotos uma hora depois de serem exibidas. Desta vez, a estimulação melhorou o desempenho em 35%.
Na parte superior esquerda da imagem marcada como "Real" estão os sinais gravados de neurônios entre as regiões do hipocampo conhecidas como CA3 e CA1. Foi o que os sensores rastrearam quando os participantes observaram as imagens fornecidas. Os cientistas analisaram os registros feitos durante as respostas corretas, e os recriou usando feedback.
Fonte“Provamos que podemos entrar na memória do paciente, gravar um sinal e transmiti-lo de volta. Mesmo nos casos em que a memória humana é prejudicada, é possível identificar padrões de sinais neurais e separar os padrões corretos dos sinais errados. Então, podemos ajudar o cérebro do paciente na formação de novas memórias - não para substituir a função de memória em si, mas para melhorá-la. Agora, estamos tentando determinar o quanto é possível melhorar a função de memória, mas, no futuro, esperamos ajudar as pessoas a gravar memórias específicas - por exemplo, onde moram, como seus netos ficam quando sua própria memória para de funcionar ”, diz Robert Hampson, professor de fisiologia, Farmacologia e Neurologia Wake Forest Baptist Medical Center, um dos autores do estudo.
A startup KerNEL está
trabalhando na comercialização da tecnologia Berger. O fundador da empresa, Brian Johnson, quer não apenas começar a vender dispositivos de recuperação de memória, mas também criar novos implantes para melhorar a atenção e a criatividade humanas, que, de fato, vão além do uso médico de dispositivos. Nesse caso, os dispositivos têm a chance de evitar a necessidade de obedecer a todos os requisitos de equipamentos médicos e se equiparar às pulseiras de fitness.
Johnson tem dinheiro para o projeto graças à venda do PayPal por US $ 800 milhões em 2013. Outra pessoa associada a este projeto, Ilon Musk,
registrou o Neuralink em 2016 e contratou pessoas relacionadas à pesquisa do cérebro. No curto prazo, Musk quer produzir dispositivos para o tratamento de várias doenças cerebrais, mas no futuro, como Johnson, ele quer melhorar as pessoas. Incluindo - dando-lhes capacidades telepáticas. Em março de 2018, soube-se que a empresa Mask
recebeu permissão para experimentar animais em São Francisco. A Neurlalink continua a procurar especialistas na equipe -
o site contém vagas para engenheiros nas áreas de robótica, microeletrônica, desenvolvedores de software e outros. Um dos principais requisitos é o desejo de superar grandes desafios.
Nos últimos dois anos, a DARPA vem trabalhando na criação de interfaces neurais implantáveis para obter
"resolução de sinal sem precedentes e largura de banda para transmitir informações entre o cérebro humano e os sistemas eletrônicos" . Existem exemplos interessantes de eletrodos elásticos, como um
dispositivo desenvolvido por cientistas da Universidade de Linkoping (Suécia): em sua base, pesquisadores da Universidade de Lund, na Suécia, desenvolveram uma
solução que pode armazenar e processar dados de mais de 1 milhão de neurônios em tempo real e fornecer feedback a uma velocidade de 25 milissegundos.
O desenvolvimento adicional de soluções de hardware e processamento nos permitirá transferir parte da pesquisa sobre o cérebro para o campo do software. Para aumentar a eficiência, é necessária a padronização de todos os elementos dos sistemas de neurocomputadores. Mas, por enquanto, isso é ficção científica.