Pesquisadores Fazem Avanço na Tecnologia de Interface Cérebro-Computador

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

A pesquisa foi publicada em IEEE Transactions on Biomedical Engineering no mês passado. 

O sistema também transmite em fidelidade de banda larga completa e não precisa fisicamente conectar o usuário a um sistema de decodificação. Em vez dos cabos tradicionais, o sistema depende de um transmissor de 2 polegadas que pesa apenas um pouco mais de 1,5 onças. Essa unidade é colocada sobre a cabeça do usuário e se conecta a uma matriz de eletrodo que está no córtex motor do cérebro, e isso é feito através da mesma porta que os sistemas com fio usam. 

O estudo envolveu dois participantes de ensaios clínicos que têm paralisia, e eles usaram o sistema BrainGate com um transmissor sem fio. Através do transmissor sem fio, eles puderam apontar, clicar e digitar em um tablet computador 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 Universidade Brown. Ele é o autor principal do estudo e um membro do consórcio de pesquisa BrainGate. 

“Demonstramos que esse sistema sem fio é funcionalmente equivalente aos sistemas com fio que têm sido o padrão de ouro no 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 ser fisicamente conectadas ao nosso equipamento, o que abre novas possibilidades em termos de como o sistema pode ser usado.”

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

Os Resultados do Estudo

O ensaio envolveu um homem de 35 anos e um homem de 63 anos que sofrem de lesões na medula espinhal. Eles puderam usar o sistema em casa em vez de no laboratório devido à falta de cabos, e também puderam usá-lo por até 24 horas. Esse longo período de tempo permitiu que os pesquisadores coletassem dados de longa duração. 

Leigh Hochberg é professor de engenharia na Universidade Brown e pesquisador no Instituto Carney de Ciência do Cérebro da Universidade Brown. Hochberg liderou o ensaio clínico BrainGate. 

“Queremos entender como os sinais neurais evoluem ao longo do tempo”, disse Hochberg. “Com esse sistema, podemos olhar para a atividade cerebral, em casa, por longos períodos de uma maneira que era quase impossível antes. Isso nos ajudará a projetar algoritmos de decodificação que forneçam a restauração sem interrupção, intuitiva e confiável da comunicação e mobilidade para pessoas com paralisia.”

Consortium BrainGate 

O consórcio BrainGate é um grupo interdisciplinar de pesquisadores das universidades Brown, Stanford e Case Western Reserve. Ele também envolve indivíduos do Centro Médico de Veteranos de Providence e do Hospital Geral de Massachusetts. 

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

Sharlene Flesher é coautora e ex-bolsista de pós-doutorado em Stanford. Flesher agora trabalha como engenheira de hardware na Apple. 

“A evolução das BCIs intracorticais de requerer um cabo de fio para usar um transmissor sem fio miniatura é um grande passo em direção ao uso funcional de interfaces neurais de alto desempenho totalmente implantáveis”, disse Flesher. “À medida que o campo avança na redução da largura de banda transmitida enquanto preserva a precisão do controle de dispositivos de assistência, este estudo pode ser um dos poucos que captura a amplitude completa de sinais corticais por períodos prolongados, incluindo durante o uso prático de BCI.” 

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

Hochberg também é um neurologista de cuidados críticos no Hospital Geral de Massachusetts e diretor do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Reabilitação do V.A. para Neurorestauração e Neurotecnologia. 

“Em março de 2020, ficou claro que não poderíamos visitar as casas dos participantes de nossa pesquisa”, disse Hochberg. “Mas, treinando os cuidadores para estabelecer a conexão sem fio, um participante do ensaio pôde usar a BCI sem que membros de nossa equipe estivessem fisicamente presentes. Então, não apenas pudemos continuar nossa pesquisa, mas essa tecnologia nos permitiu continuar com a largura de banda e fidelidade completas que tínhamos antes.”

De acordo com Simeral, “Múltiplas empresas entraram maravilhosamente no campo de BCI, e algumas já demonstraram o uso humano de sistemas sem fio de baixa largura de banda, incluindo alguns que são totalmente implantáveis. Neste relatório, estamos animados por ter usado um sistema sem fio de alta largura de banda que avança as capacidades científicas e clínicas para sistemas futuros.”