Os ciborgues não são mais ficção científica. O campo das interfaces cérebro-máquina (IMC) - que usam eletrodos, frequentemente implantado no cérebro, para traduzir informações neuronais em comandos capazes de controlar sistemas externos, como um computador ou braço robótico - já existem há algum tempo. Empresa do empresário Elon Musk, Neuralink, pretende testar seus sistemas de IMC em um paciente humano até o final de 2020.

A longo prazo, Dispositivos de IMC podem ajudar a monitorar e tratar sintomas de distúrbios neurológicos e controlar membros artificiais. Mas eles também poderiam fornecer um plano para projetar inteligência artificial e até mesmo permitir a comunicação direta cérebro a cérebro. Contudo, por enquanto, o principal desafio é desenvolver IMCs que evitem danificar o tecido cerebral e as células durante a implantação e operação.

O IMC existe há mais de uma década, ajudando pessoas que perderam a capacidade de controlar seus membros, por exemplo. Contudo, implantes convencionais - muitas vezes feitos de silício - são ordens de magnitude mais rígidos do que o tecido cerebral real, o que leva a gravações instáveis ​​e danos ao tecido cerebral circundante.

Eles também podem levar a uma resposta imunológica na qual o cérebro rejeita o implante. Isso ocorre porque nosso cérebro humano é como uma fortaleza protegida, e o sistema neuroimune - como soldados nesta fortaleza fechada - protegerá os neurônios (células cerebrais) de intrusos, como patógenos ou IMC.

Dispositivos flexíveis

Para evitar danos e respostas imunológicas, os pesquisadores estão cada vez mais se concentrando no desenvolvimento do chamado "IMC flexível". Eles são muito mais macios do que os implantes de silicone e semelhantes ao tecido cerebral real.

Por exemplo, Neuralink fez seus primeiros "fios" flexíveis projetados e insersor - minúsculo, sondas semelhantes a fios, que são muito mais flexíveis do que os implantes anteriores - para conectar um cérebro humano diretamente a um computador. Eles foram projetados para minimizar a chance de a resposta imune do cérebro rejeitar os eletrodos após a inserção durante a cirurgia cerebral.

Enquanto isso, Pesquisadores do grupo Lieber da Universidade de Harvard desenvolveram recentemente uma sonda mini-mesh que se parece tanto com neurônios reais que o cérebro não consegue identificar os impostores. Esses eletrônicos bioinspirados consistem em eletrodos de platina e fios de ouro ultrafinos encapsulados por um polímero com tamanho e flexibilidade semelhantes aos corpos celulares dos neurônios e fibras nervosas neurais.

Pesquisas com roedores mostraram que essas sondas semelhantes a neurônios não provocam uma resposta imunológica quando inseridas no cérebro. Eles são capazes de monitorar a função e a migração dos neurônios.

Movendo-se para as células

A maioria dos IMC usados ​​hoje em dia capta sinais elétricos do cérebro que vazam para fora dos neurônios. Se pensarmos no sinal neural como um som gerado dentro de uma sala, a forma atual de gravação é, portanto, ouvir o som fora da sala. Infelizmente, a intensidade do sinal é grandemente reduzida pelo efeito de filtragem da parede - as membranas dos neurônios.

Para obter leituras funcionais mais precisas, a fim de criar maior controle de, por exemplo, membros artificiais, dispositivos de gravação eletrônica precisam obter acesso direto ao interior dos neurônios. O método convencional mais amplamente utilizado para este registro intracelular é o "eletrodo patch clamp":um tubo de vidro oco preenchido com uma solução eletrolítica e um eletrodo de registro colocado em contato com a membrana de uma célula isolada. Mas a ponta de um micrômetro causa danos irreversíveis às células. O que mais, ele só pode registrar algumas células por vez.

Para resolver esses problemas, recentemente desenvolvemos um arranjo de transistores de nanofios 3-D semelhante a um grampo de cabelo e o usamos para ler as atividades elétricas intracelulares de vários neurônios. Mais importante, fomos capazes de fazer isso sem nenhum dano celular identificável. Nossos nanofios são extremamente finos e flexíveis, e facilmente dobrado em forma de grampo - os transistores têm apenas cerca de 15x15x50 nanômetros. Se um neurônio fosse do tamanho de uma sala, esses transistores seriam aproximadamente do tamanho de uma fechadura de porta.

Revestido com uma substância que imita a sensação de uma membrana celular, estes ultra pequenos, flexível, sondas de nanofios podem atravessar as membranas celulares com esforço mínimo. E eles podem registrar vibração intracelular com o mesmo nível de precisão de seu maior concorrente:eletrodos patch clamp.

Claramente, esses avanços são passos importantes para IMC precisos e seguros que serão necessários se quisermos realizar tarefas complexas como a comunicação cérebro a cérebro.

Pode parecer um pouco assustador, mas, em última análise, para que nossos profissionais médicos continuem a compreender melhor nossos corpos e nos ajudem a tratar doenças e a viver mais, é importante que continuemos a ultrapassar os limites da ciência moderna para dar-lhes as melhores ferramentas possíveis para fazerem o seu trabalho. Para que isso seja possível, uma intersecção minimamente invasiva entre humanos e máquinas é inevitável.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.