Laboratório de Nicolelis faz macacos controlarem o movimento de dois braços virtuais só com o pensamento

 

Em um novo estudo divulgado nesta quarta-feira, pesquisadores descrevem como conseguiram fazer com que macacos aprendessem a usar apenas a mente para controlar o movimento de duas mãos virtuais, exibidas na tela de um computador. O feito foi atingido por uma equipe de cientistas liderada pelo neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis, na Universidade Duke, nos Estados Unidos. Eles conseguiram, pela primeira vez, registrar a atividade cerebral dos animais de forma tão detalhada que eles foram capazes de controlar, não apenas um, mas dois braços.
Os movimentos bimanuais, como o ato de digitar em um teclado ou abrir uma lata, são fundamentais na rotina humana, mas, até agora, os cientistas não haviam conseguido registrar a atividade cerebral responsável por eles. Em pesquisas anteriores, Nicolelis já havia criado interfaces cérebro-máquina-cérebro que permitiram a um macaco mover e sentir uma mão na tela de um computador. Mas o procedimento para fazer com que o animal mova dois membros ao mesmo tempo é mais complicado.
Segundo o cientista, a atividade cerebral responsável pelo movimento bimanual não corresponde à simples soma do movimento de ambas as mãos — ela é muito mais complexa. "Em nossa pesquisa, descobrimos que o cérebro faz a computação desse movimento de uma maneira não linear. Ou seja, não bastava somar os sinais das duas mãos", diz o Miguel Nicolelis, em entrevista ao site de VEJA. "Para desenvolver um modelo que levasse em consideração o movimento simultâneo dos dois braços, tivemos que registrar a atividade de quase 500 neurônios — o maior número analisado em qualquer estudo publicado até agora."

Exoesqueleto — A pesquisa, publicada na revista Science Translational Medicine, é parte importante do Projeto Andar de Novo, no qual Nicolelis pretende construir um exoesqueleto que poderá ser operado por tetraplégicos apenas com seu pensamento. O cientista quer fazer a primeira demonstração do equipamento durante a cerimônia de abertura da Copa do Mundo, no ano que vem. Para o exoesqueleto funcionar, no entanto, é necessário que os voluntários sejam capazes de controlar o movimento de vários membros ao mesmo tempo.
No novo experimento, os pesquisadores analisaram a atividade de quase 500 neurônios espalhados por diferentes áreas dos dois hemisférios cerebrais de uma dupla de macacos rhesus. Os animais foram colocados de frente a uma tela de computador, na qual podiam enxergar os braços e mãos de um avatar de macaco. A partir de um algoritmo, os cientistas transformaram a atividade elétrica captada em seus cérebros em comandos para controlar os membros virtuais.
Durante o período de treinamento, os animais foram encorajados a colocar essas mãos virtuais dentro de alvos quadrados que apareciam na tela. Depois de alguns instantes em contato com os quadrados, estes desapareciam, e surgiam dois círculos, para os quais os macacos deveriam mover novamente suas mãos. A cada vez que realizavam o movimento de maneira correta, ganhavam um gole de suco como prêmio.
Conforme o tempo passava — e os macacos aprendiam a controlar as mãos virtuais —, os cientistas observaram que o próprio cérebro dos animais estava se alterando. Segundo Nicolelis, isso confirma os resultados de um experimento anterior de sua equipe, que havia mostrado que o cérebro é capaz de integrar objetos externos à imagem que tem de seu próprio corpo. "Nesse caso, o avatar passou a fazer parte da representação de corpo criada pelo cérebro do animal. O macaco literalmente assimilou os braços artificiais como se fossem seus", diz Nicolelis.
Sem as mãos — Ao fim do estudo, os dois macacos tinham se tornado capazes de controlar de forma satisfatória o movimento conjunto das duas mãos virtuais. E eles podiam fazer isso enquanto estavam parados, sem que os movimentos na tela do computador fossem acompanhados por movimentos de suas mãos reais — usando apenas seu cérebro.

Segundo os pesquisadores, isso é importante porque um dos principais objetivos das interfaces cérebro-máquina é criar próteses ou exoesqueletos que possam restabelecer o movimento de pacientes amputados ou paralisados. Se movimentos reais fossem necessários para a operação desses equipamentos, seu próprio objetivo estaria comprometido. "Isso é muito importante para nossa pesquisa, pois essa é exatamente a estratégia de treinamento que iremos usar nas salas virtuais que construímos em Natal e em São Paulo, para o Projeto Andar de Novo", diz Nicolelis.

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Como dar as próteses a sensação do tato?

As próteses de mãos permitem pegar objetos, mas não oferecem a sensação do tato. Isso significa que a pessoa tem de observar a mão sempre que quiser empurrar ou pegar um objeto.
No entanto, pesquisadores da Universidade de Chicago podem ter encontrado uma forma de acrescentar a sensação do tato às próteses. A pesquisa, publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, foi parcialmente financiada pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (Defense Advanced Research Projects Agency), e não é difícil entender o interesse dos militares. Além dos sonhos de criar soldados-ciborgues, as novas próteses podem ajudar veteranos feridos.
O estudo, liderado pelo professor-assistente de biologia e anatomia, Sliman Bensmaia, identificou e induziu artificialmente os padrões de atividade neurológica que ocorrem quando macacos manipulam objetos.
Primeiro, os cientistas conectaram eletrodos no cérebro de macacos, em áreas que correspondem a cada um dos dedos. A ideia era descobrir que tipo de atividade cerebral ocorria quando os macacos pegavam ou tocavam alguma coisa.
Em seguida, os pesquisadores tocaram os dedos dos animais utilizando um dispositivo que aplicava determinada pressão. Os macacos recebiam uma recompensa sempre que identificavam corretamente o dedo que havia sido tocado – só precisavam olhar na direção certa. Depois, a mesma ação era repetida em sentido inverso, enviando um sinal através dos eletrodos ligados ao cérebro. O macaco, então, reagia como se tivesse sido tocado pelo dispositivo, e identificava os dedos, mesmo sem qualquer toque.
O passo seguinte foi a sensação de pressão. Os macacos foram treinados para identificar se a pressão em seus dedos era maior ou menor. Para fazer isso, a equipe de Bensmaia criou um programa de computador capaz de gerar o mesmo tipo de impulso elétrico que originava a sensação de pressão. Os animais reagiram novamente como se tivessem tocado alguma coisa.
Finalmente, os cientistas examinaram os sinais cerebrais produzidos por um “evento de contato”. Quando a mão do macaco foi tocada ou a pressão liberada, seu cérebro mostrou aumento de atividade. Esse pico de atividade e os sinais de pressão em cada dedo dizem ao cérebro que existe algo na mão, pouco antes do sinal começar a desaparecer. Os cientistas duplicaram o pico de atividade cerebral com sinais artificiais.
Programando esses sinais em uma perna artificial, por exemplo, é possível duplicar a sensação do tato. Os membros naturais enviam sinais para o cérebro por meio das células nervosas. Uma prótese pode fazer a mesma coisa por meio de eletrodos conectados em áreas específicas. O objetivo dos cientistas é que a pessoa que teve um membro amputado possa sentir o objeto que está tocando com a prótese.
O sistema ainda não foi testado em seres humanos, mas os resultados com macacos são promissores e podem solucionar não apenas o problema do tato, mas também a percepção da posição do membro e, possivelmente, ajudar no equilíbrio de uma pessoa com pernas artificiais.

Fonte: Ian O’Neill