A revolução da interface cérebro-computador está apenas começando

Seja entrando na Matrix ou se tornando um Na'avi em Avatar, conectar cérebros a computadores é um tropo de ficção científica que nunca pensei que veria se tornar realidade. Mas cada vez mais, as BCIs (interfaces cérebro-computador) tornaram-se uma área séria de estudo em laboratórios de pesquisa, avançando rapidamente de laboratórios de pesquisa para testes em humanos reais – talvez o mais famoso pela empresa Neuralink de Elon Musk.

Embora isto prometa aos indivíduos com deficiência um maior grau de liberdade e controlo, juntamente com potenciais aplicações nos jogos e nos cuidados de saúde, permanecem desafios técnicos, éticos e regulamentares significativos. Mas quanto mais me aprofundei no tema, mais encontrei líderes e investigadores à altura da ocasião para nos conduzir de forma responsável ao futuro desta tecnologia inovadora.

O que é uma interface cérebro-computador?

Vamos começar do início. Em uma frase, os BCIs são dispositivos que preenchem a lacuna, essencialmente traduzindo, entre os sinais elétricos analógicos do seu cérebro e as máquinas digitais externas.

“Contornando os canais de comunicação convencionais para diferentes tarefas (por exemplo, visão, movimento e fala), o BCI liga a atividade elétrica do cérebro e o mundo externo para aumentar as capacidades humanas na interação com o ambiente físico”, um estudo de 2023 da revista Brain Inform lê. “O BCI fornece um canal de comunicação não muscular e facilita a aquisição, manipulação, análise e tradução de sinais cerebrais para controlar dispositivos ou aplicações externas.”

O desenvolvimento inicial do BCI começou na década de 1920 com o advento do eletroencefalograma (EEG), um teste que usa eletrodos para amplificar e depois medir a atividade elétrica no cérebro. No entanto, os BCIs modernos evoluíram na década de 1970 através do trabalho do Dr. Jacques Vidal da UCLA, com financiamento da National Science Foundation e da DARPA. Ele foi o primeiro pesquisador a cunhar também o termo “interface cérebro-computador”.

Ao longo do último meio século, os BCIs encontraram uso clínico em uma variedade de aplicações, desde o mapeamento do funcionamento interno do cérebro até o aumento da cognição humana e das habilidades motoras. Os BCIs estão até sendo usados ​​para restaurar a mobilidade física em pacientes que sofrem de lesões e doenças, como ELA ou acidente vascular cerebral, ou pessoas que estão “presas” – cognitivamente intactas, mas sem função muscular útil.

O potencial é incrivelmente excitante, mas como você provavelmente pode imaginar, existem alguns desafios aparentemente intransponíveis que os pesquisadores desta tecnologia estão enfrentando de frente.

BCIs não invasivos

Você pode presumir que todas as interfaces cérebro-computador modernas envolvem cirurgia cerebral, mas a tecnologia na verdade vem em muitas formas, dependendo de quão próximo da massa cinzenta do usuário o dispositivo está situado. Existem tipos totalmente não invasivos com os quais todos estamos familiarizados, como EEGs e ressonâncias magnéticas, que simplesmente monitoram e registram a atividade cerebral. Depois, há o que é classificado como EEG endovascular “parcialmente invasivo”, que usa um cateter para inserir eletrodos no cérebro sem exigir cirurgia cerebral aberta.

Os BCIs não invasivos captam os impulsos elétricos do cérebro através do crânio e couro cabeludo do paciente e os transmitem diretamente para o dispositivo externo. Embora pareça atraente porque não requer cirurgia cerebral, a tecnologia está repleta de desafios.

Um dos maiores problemas com BCIs usados ​​externamente, por exemplo, é a sua baixa relação sinal-ruído. Isto significa que os impulsos eléctricos captados são muitas vezes confusos com a interferência do crânio e do couro cabeludo, dificultando a descodificação precisa dos sinais cerebrais. A decodificação desses sinais é ainda mais complicada pelos intrincados padrões neurais do cérebro, que exigem algoritmos sofisticados e recursos computacionais significativos para serem interpretados de maneira confiável.

Falei com a Dra. Jane Huggins, diretora do Laboratório de Interface Direta do Cérebro da Universidade de Michigan , para entender melhor os desafios apresentados nos BCIs vistos hoje.

“Vamos fazer uma lista das coisas que afetam sua atividade cerebral… bem, talvez vamos fazer uma lista das coisas que não afetam, porque será uma lista mais curta”, brincou Huggins. “Tudo, desde o que o paciente está vendo atualmente até a quantidade de luz na sala, o que acabou de comer no almoço e seu estado emocional, tudo pode afetar a amplitude dos sinais e a complexidade do que está acontecendo. É difícil escolher as peças que você precisa.”

Enquanto isso, em termos de conforto e usabilidade, os BCIs não invasivos podem ser desconfortáveis ​​de usar por longos períodos devido aos eletrodos e fones de ouvido volumosos.

É por isso que a ideia de implantes cerebrais invasivos se tornou o futuro para onde esta tecnologia se dirige, um futuro que chegou ao presente em 2024 como nunca antes.

Acesso direto ao cérebro

Os BCIs implantáveis ​​captam os impulsos diretamente da matéria cerebral onde o chip está localizado e os traduz em comandos. Em seguida, ele retransmite esses sinais de comando sem fio para um dispositivo externo, que os executa.

O Dr. Huggins defende que, embora algumas pessoas sempre se sintam desconfortáveis ​​com a ideia de implantar um dispositivo no seu cérebro, a longo prazo, é a opção mais conveniente.

“As pessoas tendem a se referir aos BCIs implantados como 'invasivos'”, ela me disse. “Certamente há uma cirurgia envolvida se você estiver implantando um BCI e pode ser uma cirurgia bastante dramática.” Por outro lado, Huggins compara isso à sua própria cirurgia artificial de quadril que recebeu alguns anos atrás. Cirurgia invasiva? Sim. Mas na vida diária, eles podem ser totalmente esquecidos.

Por um lado, as BCIs implantadas não requerem a configuração de 10 a 20 minutos necessária para operá-las diariamente. Eles também não requerem carregamento e limpeza como fazem as BCIs externas. Huggins postulou que os futuros dispositivos BCI poderiam oferecer os benefícios tanto dos BCIs usados ​​​​externamente quanto dos implantados, semelhante à forma como os implantes cocleares atuais operam.

“Se você pudesse implantar esses eletrodos de EEG sob o couro cabeludo, não teria que colocá-los e retirá-los todos os dias, e eles seriam invisíveis.”

Além disso, os fundamentos da tecnologia existem há mais tempo do que você imagina. Já se passaram décadas desde que as primeiras neuropróteses foram instaladas em humanos, e o campo continua a se expandir em ritmo acelerado.

Isso nos leva até onde estamos hoje, com os primeiros pacientes recebendo esses chips implantados. Após um estudo de seis anos e obtenção da aprovação da FDA em 2023, a Neuralink lançou o ensaio clínico para seu primeiro chip implantável, concluindo a cirurgia em janeiro de 2024 em seu primeiro paciente.

Em apenas alguns meses, o Neuralink postou uma atualização, mostrando o paciente controlando um laptop para jogar online apenas com o cérebro, o que ele comparou a “usar a Força no cursor”.

Até agora, o teste BCI da Neuralink encontrou um segundo paciente , enquanto o primeiro passou de jogar xadrez para jogar Civilização VI .

Neuralink recebe todos os holofotes devido ao seu fundador de destaque, mas está longe de estar sozinho. A Synchron, do Brooklyn, Nova York, que está desenvolvendo um dispositivo que pode ser implantado com segurança nos vasos sanguíneos do cérebro, iniciou seu ensaio clínico com seis pacientes no ano passado. BrainGate, um quadro de pesquisa reunido em universidades dos EUA, implantou o primeiro BCI sem fio e de alta largura de banda do mundo em 2021. A Blackrock Neurotech , por outro lado, está sediada em Salt Lake City, Utah, e vem realizando testes em humanos com seu Utah utilizou o BCI por mais de duas décadas sem nenhum “evento adverso grave” relatado pela FDA naquele período.

Nessas aplicações, os dispositivos permitem que os usuários contornem efetivamente membros danificados e sem resposta para controlar dispositivos externos diretamente com seus pensamentos e realizar atividades sem depender de pessoas saudáveis , melhorando significativamente a qualidade de suas vidas. A tecnologia já revolucionou vários campos de pesquisa, incluindo entretenimento e jogos , automação industrial , educação e neuromarketing .

Desafios contínuos

Embora os BCIs implantados pareçam o futuro da área, eles certamente trazem seus próprios desafios. Por exemplo, mesmo com BCIs implantados, que proporcionam uma qualidade de sinal mais elevada, a estabilidade a longo prazo continua a ser um problema. Esses dispositivos podem degradar-se com o tempo devido a reações biológicas nos tecidos ou falhas mecânicas, limitando sua usabilidade e vida útil para aplicações contínuas.

A BCI implantada também não supera a barreira de todo o treinamento e calibração necessários, o que representa um desafio significativo para a tecnologia BCI. Os usuários muitas vezes precisam de muita prática para obter controle efetivo sobre esses dispositivos, tornando o processo demorado e às vezes frustrante, como explicou o Dr. Huggins.

A Neuralink tem um aplicativo em desenvolvimento para auxiliar nesse processo, ajudando os pacientes a treinarem suas mentes para controlar melhor os dispositivos digitais, que já foi testado em macacos.

Além da conveniência e do custo, as consequências éticas e de privacidade da tecnologia representam desafios significativos para o desenvolvimento futuro da BCI. Os dados gerados pelas BCIs – as nossas emoções, intenções e pensamentos – são intrinsecamente pessoais e aumentam o risco de que tais dados possam ser recolhidos involuntariamente e utilizados indevidamente.

A adoção de BCIs também cria problemas de autonomia, consentimento e acessibilidade. O que impede alguém de ser forçado a usar uma BCI contra a sua vontade ou sem compreender totalmente as suas consequências?

“Não consigo pensar em nada mais assustador do que alguém decidir por você que deseja um BCI implantado e entregá-lo a você”, disse Huggins. “E você não pode fazer perguntas sobre o que está acontecendo ou expressar sua opinião.”

O mesmo se aplica ao aproveitamento de sistemas de IA e de aprendizado de máquina para ajudar pacientes com BCI. “Podemos combinar muitas [funções da] inteligência artificial e BCIs, mas isso começa a levantar o mesmo tipo de questões que você enfrenta com qualquer tipo de compartilhamento e controle: quem está decidindo? O que vai ser dito?

“E isso remete às questões éticas de que falamos anteriormente sobre a autodeterminação. Se você tem alguém cujas habilidades estão se deteriorando [como pacientes com ELA], existe um equilíbrio? Esse equilíbrio mudará com o tempo? Ou vou simplesmente desistir e começar a deixar a IA completar automaticamente minhas frases?”

Estas são preocupações sérias para o futuro, mesmo que ainda estejamos muito longe de realmente precisarmos enfrentá-las.

“Só consigo captar isso com, você sabe, 90% de precisão, talvez 95% de precisão em um dia bom. Em um dia ruim, bem, você pode descer o mais baixo possível em um dia ruim. Mas é alguém que está tentando ativamente e voluntariamente comunicar uma mensagem.”

Huggins faz questão de reprimir um dos maiores desafios para o futuro do BCI: o medo e os equívocos.

“Isso assusta muita gente”, admitiu Huggins. “Uma vez alguém me perguntou se o governo poderia ler seus pensamentos a partir de satélites. E eu pensei, 'bem, você sabe, tenho dificuldade em obter a resposta correta quando tenho alguém sentado em meu laboratório que me deixou colocar este fone de ouvido e está tentando ativamente prestar atenção a uma tecla do teclado. Não se preocupe com as pessoas lendo seus pensamentos nos satélites.”

Olhando para um futuro mais brilhante do BCI

Certamente, os investigadores da BCI enfrentam desafios consideráveis ​​para levar esta tecnologia revolucionária ao público em geral, talvez mais do que a gestão de expectativas. Huggins observa que os seus colegas que trabalham com estudos de investigação implantados passam por um processo muito rigoroso para garantir que os participantes nesses estudos compreendem o que é o plano, bem como uma compreensão realista dos benefícios e dos riscos.

Essas mesmas cortesias raramente são estendidas ao público em geral, que é bombardeado com promessas fantásticas de comunicação telepática , memória e recordação perfeitas e até mesmo uma fusão de mentes humanas e robóticas.

Quanto ao rumo que o BCI está a tomar nas nossas vidas, Huggins admitiu que seria necessária uma redução das expectativas para realmente ver o progresso.

“Acho que haverá coisas disponíveis, só não acho que corresponderá a todo o hype. Isso vai mudar as expectativas. É preciso ter expectativas realistas e compreender que se trata de uma nova tecnologia. Ainda estamos aprendendo como funciona, por que funciona, quando funciona, quando não funciona, que tipo de suporte precisa e em quantos lugares poderão fornecê-lo.”

Então não, provavelmente não viveremos momentos “Uau, eu conheço Kung Fu” num futuro próximo. Mas isso não quer dizer que a próxima geração não o fará. Podemos ter um longo caminho a percorrer, mas a base dessas experiências futuras está sendo construída hoje – e isso é motivo de entusiasmo.