Pesquisadores fazem avanço na tecnologia de interface cérebro-computador

BrainGate pesquisadores fizeram recentemente um grande avanço na área de interfaces cérebro-computador (BCIs) depois que participantes de ensaios clínicos com tetraplegia demonstraram o uso de um BCI sem fio intracortical com um transmissor sem fio externo. Foi a primeira vez que um sistema desse tipo foi usado e é capaz de transmitir sinais cerebrais com resolução de um único neurônio. 

A pesquisa foi publicada em Transações IEEE em Engenharia Biomédica no mês passado. 

O sistema também transmite com total fidelidade de banda larga e não precisa conectar fisicamente o usuário a um sistema de decodificação. Em vez dos cabos tradicionais, o sistema conta com um transmissor de 2 polegadas que pesa pouco mais de 1.5 onças. Esta unidade é colocada no topo da cabeça do usuário e se conecta a um conjunto de eletrodos que está no córtex motor do cérebro, e faz isso através da mesma porta que os sistemas com fio usam. 

O estudo envolveu dois participantes de ensaios clínicos com paralisia, e eles usaram o sistema BrainGate com um transmissor sem fio. Por meio do transmissor sem fio, eles podiam apontar, clicar e digitar em um tablet padrão. 

O estudo demonstrou que o sistema sem fio é capaz de transmitir sinais com a mesma fidelidade que os sistemas com fio.

John Simeral é professor assistente de engenharia na Brown University. Ele é o principal autor do estudo e membro do consórcio de pesquisa BrainGate. 

“Demonstramos que este sistema sem fio é funcionalmente equivalente aos sistemas com fio que têm sido o padrão ouro em desempenho de BCI por anos”, disse Simeral. “Os sinais são gravados e transmitidos com fidelidade apropriadamente semelhante, o que significa que podemos usar os mesmos algoritmos de decodificação que usamos com equipamentos com fio. A única diferença é que as pessoas não precisam mais estar fisicamente conectadas aos nossos equipamentos, o que abre novas possibilidades de utilização do sistema.”

De acordo com os pesquisadores, a nova descoberta nos aproxima de um sistema intracortical totalmente implantável que pode fornecer aos indivíduos feridos a capacidade de se mover. O novo desenvolvimento é o primeiro dispositivo a transmitir todo o espectro de sinais registrados por um sensor intracortical. 

Resultados do estudo

O julgamento envolveu um homem de 35 anos e um homem de 63 anos, ambos com lesões na medula espinhal. Eles podiam usar o sistema em casa em vez do laboratório devido à falta de cabos e também podiam usá-lo por até 24 horas. Esse longo período de tempo permitiu que os pesquisadores coletassem dados de longa duração. 

Leigh Hochberg é professora de engenharia na Brown e pesquisadora do Brown's Carney Institute for Brain Science. Hochberg liderou o ensaio clínico BrainGate. 

“Queremos entender como os sinais neurais evoluem com o tempo”, disse Hochberg. “Com este sistema, podemos observar a atividade cerebral, em casa, durante longos períodos de uma forma que antes era quase impossível. Isso nos ajudará a projetar algoritmos de decodificação que forneçam a restauração perfeita, intuitiva e confiável da comunicação e mobilidade para pessoas com paralisia”.

Consórcio BrainGate 

O consórcio BrainGate é um grupo interdisciplinar de pesquisadores das universidades Brown, Stanford e Case Western Reserve. Também envolve indivíduos do Providence Veterans Affairs Medical Center e do Massachusetts General Hospital. 

A equipe publicou uma pesquisa em 2012 que demonstrou como os participantes de ensaios clínicos poderiam operar próteses robóticas multidimensionais usando um BCI pela primeira vez. Desde então, o grupo refinou continuamente o sistema e alcançou novos avanços. 

Sharlene Flesher é co-autora e ex-colega de pós-doutorado em Stanford. Flesher agora trabalha como engenheiro de hardware na Apple. 

“A evolução dos BCIs intracorticais de exigir um cabo de fio para usar um transmissor sem fio em miniatura é um passo importante em direção ao uso funcional de interfaces neurais de alto desempenho totalmente implantadas”, disse Flesher. “À medida que o campo caminha para a redução da largura de banda transmitida, preservando a precisão do controle de dispositivos auxiliares, este estudo pode ser um dos poucos que captura toda a amplitude dos sinais corticais por longos períodos de tempo, inclusive durante o uso prático do BCI”. 

A equipe do BrainGate conseguiu continuar trabalhando durante a pandemia do COVID-19, pois o dispositivo é sem fio e pode ser usado em casa sem um técnico. 

Hochberg também é neurologista de cuidados intensivos no Massachusetts General Hospital e diretor do VA Rehabilitation Research and Development Center for Neurorestoration and Neurotechnology. 

“Em março de 2020, ficou claro que não poderíamos visitar as casas dos participantes da pesquisa”, disse Hochberg. “Mas, ao treinar os cuidadores sobre como estabelecer a conexão sem fio, um participante do estudo conseguiu usar o BCI sem que os membros de nossa equipe estivessem fisicamente presentes. Portanto, não apenas pudemos continuar nossa pesquisa, como essa tecnologia nos permitiu continuar com toda a largura de banda e fidelidade que tínhamos antes.”

De acordo com Simeral, “Várias empresas entraram maravilhosamente no campo BCI, e algumas já demonstraram o uso humano de sistemas sem fio de baixa largura de banda, incluindo alguns totalmente implantados. Neste relatório, estamos entusiasmados por ter usado um sistema sem fio de alta largura de banda que avança os recursos científicos e clínicos para sistemas futuros”.