Quando as pessoas sofrem lesões ou doenças debilitantes do sistema nervoso, eles às vezes perdem a capacidade de realizar tarefas normalmente tidas como certas, como caminhar, tocar música ou dirigir um carro. Eles podem se imaginar fazendo algo, mas a lesão pode bloquear a ocorrência dessa ação.

Existem sistemas de interface cérebro-computador que podem traduzir os sinais do cérebro em uma ação desejada para recuperar alguma função, mas podem ser um fardo de usar porque nem sempre funcionam perfeitamente e precisam de reajustes para concluir até mesmo tarefas simples.

Pesquisadores da Universidade de Pittsburgh e da Carnegie Mellon University estão trabalhando para entender como o cérebro funciona ao aprender tarefas com a ajuda da tecnologia de interface cérebro-computador. Em um conjunto de papéis, o segundo dos quais foi publicado hoje em Nature Biomedical Engineering , a equipe está avançando com a agulha na tecnologia de interface cérebro-computador destinada a ajudar a melhorar a vida de pacientes amputados que usam próteses neurais.

"Digamos que durante o seu dia de trabalho, você planeja sua viagem noturna ao supermercado, "disse Aaron Batista, professor associado de bioengenharia na Escola de Engenharia Swanson de Pitt. "Esse plano é mantido em algum lugar do seu cérebro ao longo do dia, mas provavelmente não atinge seu córtex motor até que você realmente chegue à loja. Estamos desenvolvendo tecnologias de interface cérebro-computador que, esperançosamente, um dia funcionarão no nível de nossas intenções cotidianas. "

Batista, A pesquisadora de pós-doutorado de Pitt, Emily Oby e os pesquisadores da Carnegie Mellon colaboraram no desenvolvimento de vias diretas do cérebro para dispositivos externos. Eles usam eletrodos menores que um fio de cabelo que registram a atividade neural e a disponibilizam para algoritmos de controle.

No primeiro estudo da equipe, publicado em junho passado no Proceedings of the National Academy of Sciences , o grupo examinou como o cérebro muda com o aprendizado de novas habilidades de interface cérebro-computador.

“Quando os sujeitos formam uma intenção motora, causa padrões de atividade nesses eletrodos, e os representamos como movimentos em uma tela de computador. Os sujeitos, então, alteram seus padrões de atividade neural de uma maneira que evoca os movimentos que desejam, "disse o co-diretor do projeto Steven Chase, professor de engenharia biomédica no Instituto de Neurociências da Carnegie Mellon.

No novo estudo, a equipe projetou uma tecnologia pela qual a interface cérebro-computador se reajusta continuamente em segundo plano para garantir que o sistema esteja sempre calibrado e pronto para uso.

"Mudamos como a atividade neural afeta o movimento do cursor, e isso evoca aprendizado, "disse o Oby de Pitt, o principal autor do estudo. “Se mudarmos essa relação de uma certa forma, exigia que nossos sujeitos animais produzissem novos padrões de atividade neural para aprender a controlar o movimento do cursor novamente. Isso levou semanas de prática, e pudemos observar como o cérebro mudou conforme eles aprendiam. "

Num sentido, o algoritmo "aprende" como se ajustar ao ruído e à instabilidade inerentes às interfaces de gravação neural. As descobertas sugerem que o processo para os humanos dominarem uma nova habilidade envolve a geração de novos padrões de atividade neural. A equipe eventualmente gostaria que essa tecnologia fosse usada em um ambiente clínico para reabilitação de AVC.

Esses procedimentos de auto-recalibração têm sido um objetivo há muito procurado no campo da prótese neural, e o método apresentado nos estudos da equipe é capaz de se recuperar automaticamente das instabilidades sem exigir que o usuário faça uma pausa para recalibrar o sistema por si mesmo.

"Digamos que a instabilidade fosse tão grande que o sujeito não fosse mais capaz de controlar a interface cérebro-computador, "disse Yu." Os procedimentos de auto-recalibração existentes provavelmente terão problemas nesse cenário, Considerando que em nosso método, demonstramos que pode, em muitos casos, se recuperar até das instabilidades mais dramáticas. "