Pela primeira vez, neurocientistas traduziram os sinais cognitivos associados à escrita para texto e em tempo real. A nova técnica é duas vezes mais rápida do que o método anterior, permitindo que um homem com paralisia envie mensagens de texto a uma velocidade de 90 caracteres por minuto.

Pesquisadores da colaboração BrainGate desenvolveram um sistema que poderia eventualmente “permitir que pessoas com e deficiências de fala e motoras graves se comuniquem por texto, e-mail ou outras formas de escrita”, de acordo com Jaimie Henderson, codiretor do Laboratório de Próteses Neurais Translacional da Universidade de Stanford e coautor do novo estudo da Nature.

O sistema usa implantes cerebrais e um algoritmo de aprendizado de máquina para decodificar os sinais cerebrais associados à escrita.

O consórcio BrainGate fez contribuições importantes para o desenvolvimento de interfaces cérebro-computador (BCIs) ao longo dos anos, incluindo um sofisticado braço robótico controlado pelo cérebro que foi apresentado em 2012 e um BCI sem fio de alta largura de banda recém-anunciado para humanos.

O projeto para desenvolver a nova interface cérebro-computador de escrita foi liderado por Frank Willett, um cientista pesquisador da Universidade de Stanford, e supervisionado pelo neurocientista Krishna Shenoy do Howard Hughes Medical Institute, e Henderson, um neurocirurgião de Stanford.

Em 2017, Shenoy e seus colegas desenvolveram um sistema que transformava pensamentos em texto que melhorou significativamente em relação às técnicas anteriores, permitindo que os macacos enviassem mensagens a uma taxa de 12 palavras por minuto. Essa pesquisa serviu de base para um trabalho subsequente que apareceu mais tarde naquele ano — uma interface cérebro-computador que permitia que pessoas com paralisia digitassem a uma taxa de 40 caracteres, ou cerca de oito palavras, por minuto.

Mas, como Henderson explicou em seu e-mail, o “trabalho atual vai além do artigo de 2017, mais do que dobrando a velocidade de digitação por uma pessoa com paralisia, e usa um método totalmente novo e diferente”.

De fato, os neurocientistas nunca haviam tentado capturar o ato mental de escrever, e o novo experimento foi feito explicitamente para ver se resultaria em um sistema que transforma pensamentos em texto mais eficiente.

No momento do experimento, o único participante era um homem de 65 anos que havia sofrido uma lesão na medula espinhal que o deixou paralisado dos ombros para baixo.

“Dois sensores, cada um medindo 4×4 mm, mais ou menos do tamanho de uma aspirina infantil, com 100 eletrodos de fios finos, foram colocados nas camadas externas do córtex motor do cérebro — a área que controla o movimento no lado oposto do corpo”, Henderson explicou. “Esses eletrodos podem registrar sinais de cerca de 100 neurônios”, e os sinais resultantes são “processados ​​por um computador para decodificar a atividade cerebral associada à escrita de letras individuais”.

Durante o experimento, o homem tentou mover sua mão paralisada para escrever palavras. Ele visualizou “escrever as letras uma em cima da outra com uma caneta em um bloco de notas amarelo”, enquanto um decodificador digitava cada letra conforme era “identificada pela rede neural”, disse Henderson.

A equipe usou o símbolo “maior que” para denotar espaços entre as palavras, “já que, de outra forma, não haveria como detectar a intenção de escrever um espaço”, acrescentou.

O sistema foi capaz de distinguir letras individuais com uma precisão de aproximadamente 95%. Henderson disse que a taxa de 16 palavras por minuto é cerca de três quartos da velocidade do que é tipicamente visto entre pessoas acima de 65 anos ao digitar em seus smartphones.

Os resultados são promissores, mas o sistema tem suas limitações. Em primeiro lugar, é altamente invasivo, pois requer cirurgia cerebral e implantes. Também não é generalizável entre indivíduos, exigindo que o sistema aprenda as nuances cognitivas de cada um dos usuários.

A nova abordagem também é “muito intensiva em computação”, de acordo com Henderson, exigindo um “computador especializado de alto desempenho ou um cluster de computação”. Finalmente, o sistema requer um técnico para configurar a interface cérebro-computador e executar o software.

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Apesar dessas limitações, Henderson prevê uma versão aprimorada “sem fio, sempre disponível e autocalibrada”. Todas essas metas são alcançáveis, disse ele, mas isso “exigiria investimento de recursos que seriam idealmente fornecidos por uma empresa, em vez de um laboratório acadêmico”.

Olhando para o futuro, a equipe espera estudar a maneira como os cérebros coordenam movimentos hábeis em vários membros e entender como a fala é gerada pelo cérebro.