BrainGate: Primeiro uso humano da interface cérebro-computador sem fio de banda larga





Um participante do teste clínico BrainGate usa transmissores sem fio que substituem os cabos normalmente usados para transmitir sinais de sensores dentro do cérebro


A interface cérebro-máquina braingate é capaz de transmitir sinais a partir de uma única resolução de neurônios com fidelidade total de banda larga sem amarrar fisicamente o usuário a um sistema de decodificação.

Interfaces cérebro-computador (BCIs) são uma tecnologia assistiva emergente, permitindo que pessoas com paralisia digitem em telas de computador ou manipulem próteses robóticas apenas pensando em mover seus próprios corpos. Durante anos, os BCIs investigativos usados em ensaios clínicos exigiram cabos para conectar a matriz de sensoriamento no cérebro a computadores que decodificam os sinais e os usam para conduzir dispositivos externos.

Agora, pela primeira vez, os participantes do teste clínico BrainGate com tetraplegia demonstraram o uso de um BCI sem fio intracortical com um transmissor sem fio externo. O sistema é capaz de transmitir sinais cerebrais em resolução de um único neurônio e em plena fidelidade de banda larga sem amarrar fisicamente o usuário a um sistema de decodificação.

Os cabos tradicionais são substituídos por um pequeno transmissor de cerca de 2 polegadas em sua maior dimensão e pesando pouco mais de 1,5 onças. A unidade fica em cima da cabeça do usuário e se conecta a uma matriz de eletrodos dentro do córtex motor do cérebro usando a mesma porta usada por sistemas com fio.

Para um estudo publicado no IEEE Transactions on Biomedical Engineering, dois participantes de ensaios clínicos com paralisia usaram o sistema BrainGate com um transmissor sem fio para apontar, clicar e digitar em um computador tablet padrão. O estudo mostrou que o sistema sem fio transmitia sinais com praticamente a mesma fidelidade que os sistemas com fio, e os participantes alcançaram velocidades semelhantes de precisão de ponto e clique e digitação.

"Demonstramos que esse sistema sem fio é funcionalmente equivalente aos sistemas com fio que têm sido o padrão ouro no desempenho do BCI há anos", disse John Simeral, professor assistente de engenharia (pesquisa) da Brown University, membro do consórcio de pesquisa BrainGate e principal autor do estudo.

"Os sinais são gravados e transmitidos com fidelidade adequadamente semelhante, o que significa que podemos usar os mesmos algoritmos de decodificação que usamos com equipamentos com fio. A única diferença é que as pessoas não precisam mais ser fisicamente amarradas ao nosso equipamento, o que abre novas possibilidades em termos de como o sistema pode ser usado."

Os pesquisadores dizem que o estudo representa um passo inicial, mas importante, em direção a um grande objetivo na pesquisa do BCI: um sistema intracortical totalmente implantável que auxilia na restauração da independência para as pessoas que perderam a capacidade de se mover. Embora dispositivos sem fio com largura de banda mais baixa tenham sido relatados anteriormente, este é o primeiro dispositivo a transmitir todo o espectro de sinais gravados por um sensor intracortical. Esse sinal sem fio de alta banda larga permite pesquisas clínicas e neurociência humana básica que é muito mais difícil de realizar com BCIs com fio.

O novo estudo demonstrou algumas dessas novas possibilidades. Os participantes do teste - um homem de 35 anos e um homem de 63 anos, ambos paralisados por lesões na medula espinhal - foram capazes de usar o sistema em suas casas, em oposição ao ambiente de laboratório onde ocorre a maioria das pesquisas do BCI. Sem ônus por cabos, os participantes puderam usar o BCI continuamente por até 24 horas, dando aos pesquisadores dados de longa duração, inclusive enquanto os participantes dormiam.

"Queremos entender como os sinais neurais evoluem com o tempo", disse Leigh Hochberg, professor de engenharia da Brown, pesquisador do Instituto Carney de Ciência do Cérebro de Brown e líder do estudo clínico BrainGate. "Com esse sistema, somos capazes de olhar para a atividade cerebral, em casa, por longos períodos de uma maneira que era quase impossível antes. Isso nos ajudará a projetar algoritmos de decodificação que preveem a restauração perfeita, intuitiva e confiável da comunicação e mobilidade para pessoas com paralisia."

O dispositivo usado no estudo foi desenvolvido pela primeira vez em Brown no laboratório de Arto Nurmikko, professor da Brown's School of Engineering. Apelidado de Brown Wireless Device (BWD), ele foi projetado para transmitir sinais de alta fidelidade enquanto desenhava energia mínima. No presente estudo, dois dispositivos usados juntos registraram sinais neurais a 48 megabits por segundo de 200 eletrodos com uma vida útil da bateria de mais de 36 horas.

Embora o BWD tenha sido usado com sucesso por vários anos em pesquisas básicas de neurociência, testes adicionais e permissão regulatória foram necessários antes de usar o sistema no teste BrainGate. Nurmikko diz que o passo para o uso humano marca um momento-chave no desenvolvimento da tecnologia BCI.

"Tenho o privilégio de fazer parte de uma equipe que empurra as fronteiras das int