Interface Cérebro-Computador

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Uma interface cérebro-computador pode retardar o declínio
cognitivo
Esta nova interface cérebro-computador detecta sinais cerebrais enfraquecidos e os aumenta a níveis
saudáveis, potencialmente revertendo o envelhecimento cognitivo no cérebro.
Em um experimento de prova de conceito, uma nova interface cérebro-computador foi capaz de
identificar e fortalecer sinais elétricos fracos, muitas vezes vistos no cérebro de indivíduos mais velhos.
No futuro, a equipe espera que tal ferramenta possa ajudar a reverter os sinais cognitivos do
envelhecimento.
“Ao alavancar os isolantes topológicos quânticos – materiais com propriedades elétricas únicas que
permitem o baixo consumo de energia e o processamento de dados de alta velocidade – estamos
empurrando os limites do que é possível”, escreveu Dani Assi, pesquisador da Universidade
Metropolitana de Hong Kong, China, em um e-mail para a Advanced Science News. “Nosso dispositivo
não apenas ouve o cérebro; ele fala a linguagem do cérebro, imitando os processos neurais das
sinapses para modular os sinais cerebrais de forma mais eficaz.”
Nos últimos anos, as interfaces cérebro-computador foram desenvolvidas para servir como pontes entre
o cérebro humano e dispositivos externos. No entanto, a neuromodulação – a regulação da atividade
neural por estímulos elétricos, químicos, genéticos, leves ou outros – enfrenta inúmeros desafios e
preocupações éticas.
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https://www.advancedsciencenews.com/mri-guided-robotic-positioner-could-help-treat-brain-disease/
https://www.livescience.com/health/neuroscience/elon-musks-neuralink-has-concerning-lack-of-transparency-and-could-be-vulnerable-to-hacking-ethicists-warn
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Um obstáculo tecnológico que ainda precisa ser abordado, de acordo com Assi, é a falta de harmonia
entre conexões neurais biológicas e artificiais, que são necessárias para o processamento rápido e
tempos de resposta de baixa latência.
Imitando sinapses para melhores interfaces cérebro-computador
Para resolver isso, Assi e sua equipe criaram um novo dispositivo usando um material semicondutor
chamado telurede de seleneto de bismuto projetado para imitar conexões cerebrais naturais chamadas
sinapses – junções onde os neurônios se encontram.
“Em termos de sua arquitetura, nosso dispositivo é inspirado pelo intrincado funcionamento das sinapses
biológicas, com o objetivo de imitar de perto sua função e eficiência”, disse Assi. “Isso é conseguido
através da configuração de seus componentes, onde um eletrodo de topo prateula o papel do neurônio
pré-sináptico, e um eletrodo de fundo de vidro revestido de óxido de estanho doído representa o
neurônio pós-sináptico”.
A camada de tellurido de seleneto de bismuto é ensanduichada entre as duas seções semelhantes a
sinapses. Eles escolheram o material como era adequado para uma configuração neuroeletrônica com
baixo consumo de energia e alta velocidade de comutação.
“Nosso dispositivo está equipado para detectar [...] sinais enfraquecidos, interpretá-los e, em seguida,
modulá-los de volta aos seus níveis saudáveis e normais, oferecendo uma abordagem promissora para
reverter possíveis deficiências cognitivas que vêm com o envelhecimento”, disse Assi. Ele comparou-o a
um sinal de rádio que precisa ser ajustado e melhorado para ouvir a música alta e clara.
Testes de prova de conceito mostram promessa, mas ainda não
chegamos lá
Depois de criar o dispositivo, os pesquisadores conduziram um conjunto de experimentos elétricos para
caracterizar seu poder de processamento. Uma vez que esses testes foram concluídos, eles passaram
para experimentos de neuromodulação para determinar se o dispositivo poderia realmente influenciar
efetivamente a atividade neural.
Para fazer isso, eles testaram a capacidade do dispositivo de neuromodular as mudanças relacionadas
ao envelhecimento em potenciais relacionados a eventos (ERP). Um ERP é uma marca de mudança de
tensão no cérebro em resposta a um estímulo específico, seja um evento sensorial, cognitivo ou motor.
Esses sinais são isolados de um teste de eletroencefalograma (EEG), que é uma medida composta de
toda a atividade elétrica no cérebro em um determinado momento. ERPs alterados são uma forte
indicação de dificuldades cognitivas após o envelhecimento no cérebro.
Os pesquisadores usaram dados de EEG do banco de dados livre e publicamente disponível OpenNeuro
para uma tarefa de tempo de reação auditiva, em que o tempo de reação de um indivíduo a um
determinado estímulo auditivo é registrado.
A equipe extraiu ERPs do banco de dados para 39 pessoas entre 55 e 75 anos, e usou um ERP de um
indivíduo jovem saudável como ponto de referência. Esses ERPs foram então alimentados no dispositivo
https://openneuro.org/
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neuromodulador e regulados para se parecerem mais com o ERP de referência.
Como o dispositivo não foi testado em humanos ou amostras de tecido, sua segurança e eficácia em
participantes vivos e populações de amostras maiores precisam ser validadas. Além disso, várias
questões éticas e controvérsias envolvem o uso de interfaces cérebro-computador, incluindo a
manipulação da agência, preocupações com a privacidade em torno de dados neurais e o efeito a longo
prazo desses dispositivos.
“Olhando para o futuro, nosso dispositivo tem o potencial de aplicação generalizada em ambientes
terapêuticos e de reabilitação, visando condições que prejudicam as funções cognitivas e oferecendo um
novo caminho para recuperação e aprimoramento”, acrescentou Assi.
Referência: Dani S. Assi, et al., Modulação Quântica Topológica habilitaram Moduladores Sináptáticos
Neuroeletrônicos para Interface de Computador Cerebral, Materiais Avançados (2024). DOI:
https://doi.org/10.1002/adma.202306254
Crédito da imagem: Mike Uderevsky em Unsplash
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306254