CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

JEFFERSON EUSTAQUIO FERREIRA

LEONARDO MARQUES MACIEL SILVA

Interface Homem Máquina

Uso da Mente

BELO HORIZONTE

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO..............................................................................................3

2 OBJETIVO....................................................................................................4

3 ARTIGO.........................................................................................................5

4 CONCLUSAO.............................................................................................43

5 BIBLIOGRAFIA...........................................................................................44

INTRODUÇÃO

A Tecnologia avança rapidamente, Nos últimos anos grandes esforços de

pesquisas tem sido direcionados ao desenvolvimento da neurociência, no

estudo do funcionamento do cérebro humano, Que ainda é um enigma da

atualidade, ainda não conhecemos todo o mistério que envolve o cérebro

humano. Mas mesmo sem entende-lo por completo, avanços tem sido obtido

graças a tecnológico e um conjunto de pesquisas que ao longo do tempo vem

se somando ao assunto. Hoje já existe tecnologia capaz de interpretar ondas

emitidas pelo cérebro, e o melhor disso é que já se consegue entender o que o

cérebro diz.

“A necessidade de se controlar sistemas e processos físicos existe desde

tempos remotos “ (LOPES et al (2005)).

Graças a esse avanço consegue se hoje controlar ou manipular maquinas

computadores e robô, com essa interação homem maquina, esta sendo

possível utilizar o cérebro humano para suprir a necessidade de pessoas com

algum tipo de deficiência, a área tecnológica vem conseguindo grandes

avanços melhorando a interação Homem Maquina, são avanços que a gente

esta acostumado a ver em filmes de ficção cientifica e hoje é realidade.

OBJETIVO DO TRABALHO

Esse trabalho e um resumo de pesquisas que ao longo do tempo foi sendo

construída por cientistas e profissionais do meio acadêmico que se dedicaram

Com o passar dos anos tentando entender o mistério e o fascínio que o

cérebro desperta no homem.

Fizemos uma pesquisa na internet, e utilizamos de trabalho cientifico,

monografias e artigos em sites especializados, reunindo assim uma grande

quantidade de material, para tentar mostrar o avanço da Interface Homem

Maquina no Uso da Mente.

Sinais neurais

Cientistas apresentaram hoje tecnologias que possibilitam controlar uma

cadeira de rodas com o pensamento e uma mão biônica pelos nervos do braço.

Os avanços dão novas esperanças a pessoas como Jessie, que trabalha com a

equipe da universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, no

desenvolvimento de uma mão biônica.

Jessie perdeu os dois braços em um acidente, mas agora, do lado esquerdo,

usa uma prótese artificial capaz de, segundo cientistas, realizar praticamente

os mesmos movimentos que uma mão de verdade.

Com a prótese, ele é capaz de pegar objetos e movimentá-los com precisão.

No caso de Jesse, os comandos saem das terminações nervosas no peito. O

próximo passo vai ser conectar as próteses diretamente com o cérebro.

Interface neural monitora ondas cerebrais continuamente

Já a cadeira de rodas da EPFL, na Suíça, pode ser controlada pelo

pensamento.

Sinais elétricos tênues são captados no cérebro por sensores afixados a uma

touca que deve ser usada pelo cadeirante.

Uma nova técnica que elimina as semanas de treinamento necessárias para

fazer funcionar as interfaces cérebro-computador deverá acelerar e simplificar

enormemente o desenvolvimento de novos equipamentos controlados

diretamente pelas ondas cerebrais.

As ondas cerebrais usadas para controlar equipamentos são como impressões

digitais, o que exige um treinamento das redes neurais que hoje dura até seis

semanas. O novo sistema faz isso em quatro minutos. [Imagem: Shijian Lu]

Interfaces neurais

As chamadas máquinas "controladas pelo pensamento" dependem de

interfaces que coletem os sinais neurais no cérebro e os transformem em

comandos para o controle dos equipamentos, sejam próteses inteligentes,

cadeiras de rodas robotizadas ou mesmo consoles de jogos. As interfaces

neurais mais utilizadas foram desenvolvidas a partir da eletroencefalografia, um

exame médico no qual eletrodos são colocados sobre o crânio para coletar e

gravar a atividade elétrica dos neurônios disparando no cérebro.

Para conseguir controlar um determinado equipamento, o usuário primeiro

deve ficar olhando para suas ondas cerebrais, captadas pelos eletrodos e

mostradas em uma tela, e tentar controlar voluntariamente seus padrões.

Impressão digital cerebral

Mas esse processo pode levar semanas - geralmente de seis a oito semanas

de treinamento exaustivo, tanto para o usuário quanto para a rede neural, o

programa de computador que recebe e interpreta os sinais vindos do cérebro.

E, infelizmente, o treinamento de um usuário não serve para outros, porque o

encefalograma de cada pessoa é tão individual quanto suas impressões

digitais. Assim, cada usuário deve passar pelo mesmo processo longo e

tedioso de treinamento.

P300

Agora, cientistas do Instituto de Pesquisas Infocomm, em Cingapura,

conseguiram eliminar o processo de treinamento usando um pico de tensão

específico no cérebro, conhecido como P300. Acredita-se que o P300 esteja

relacionado à reação a estímulos pouco frequentes, ocorrendo entre 0,3 e 0,6

segundo depois do estímulo. A equipe do professor Shijian Lu descobriu que é

possível construir um modelo genérico das características do sinal P300 e, a

partir dele, derivar as características principais do encefalograma de cada

indivíduo tão logo ele comece a usar o sistema.

Treinamento rápido do cérebro

Em menos de quatro minutos, a precisão do novo modelo já é tão boa quanto o

modelo anterior treinado ao longo de semanas.

"Agora nós planejamos estudar a aplicação do nosso sistema de aprendizado

semi-supervisionado em outros sistemas cérebro-máquina, como os usados

nas percepções motoras empregadas na reabilitação de pacientes vítimas de

derrame cerebral,"

disse o Dr. Lu. Recentemente, uma equipe de pesquisadores norte-americanos

desenvolveu uma interface neural portátil que também promete ajudar muito no

desenvolvimento de equipamentos controlados pelo pensamento menores e

mais práticos.

Tambem pesquisadores da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos,

criaram uma técnica aprimorada de leitura dos impulsos cerebrais que permitirá

o avanço das interfaces cérebro-máquina e o controle de máquinas e

equipamentos apenas pelo pensamento. Esta é a primeira vez que a técnica,

totalmente não-invasiva, instalada apenas sobre a pele, atinge o nível para se

tornar portátil, abrindo caminho para o controle cerebral de cadeiras de rodas,

braços robóticos, ou mesmo equipamentos comuns do dia a dia, como

computadores. A equipe do Dr. José Contreras-Vidal usou um exame médico

comum, a eletroencefalografia, para registrar os sinais elétricos do cérebro a

partir de um conjunto de sensores colados sobre a cabeça.

Leitor de movimento 3-D

Os pesquisadores usaram sua nova técnica para reconstruir o movimentos 3-D

da mão humana a partir dos sinais cerebrais coletados pelos sensores. Até

agora, a reconstrução de movimentos exigia aparatos grandes ou a coleta de

sinais de forma invasiva. Para reconstruir o movimento tridimensional da mão,

os pesquisadores construíram um equipamento especial para capturar as rotas

dos dedos conforme eles se movimentavam a partir de um botão central até

oito botões - uma espécie de leitor de movimento 3-D. Os voluntários tocavam

o botão central e, partir dele, tocavam outro botão de forma aleatória, repetindo

o exercício 10 vezes. Enquanto isso, os cientistas gravavam seus sinais

cerebrais e os movimentos da sua mão. Depois dos experimentos, os cientistas

conseguiram reconstruir os movimentos 3-D das mãos dos voluntários a partir

unicamente dos sinais cerebrais registrados.

"Nossos resultados mostraram que a atividade elétrica cerebral coletada a

partir da superfície da cabeça contém informação suficiente para reconstruir os

movimentos das mãos de forma contínua e natural," diz o Dr. Contreras-Vidal.

As interfaces cérebro-máquina terão novo impulso com a coleta dos sinais

cerebrais por meio de um aparato portátil e não-invasivo. [Imagem: José

Contreras-Vidal]

Sensores especiais

Os pesquisadores descobriram que um sensor em particular, dos 34 utilizados,

fornece a informação mais precisa. O sensor estava localizado na direção da

parte do cérebro chamada córtex sensoriomotor primário, uma região que já se

sabia estar associada aos movimentos voluntários. O sensor da região do

lóbulo parietal inferior também registrou informações úteis para o movimento da

mão. Essa região coordena os movimentos de todos os membros. Os autores

usaram os registros desses dois sensores para confirmar a validade do seu

método.

O aparelho desenvolvido pela equipe para registrar os movimentos

tridimensionais também deverá ajudar as outras tecnologias já existentes, que

hoje exigem etapas de treinamento inicial do sistema e do operadores bastante

intensivas. (Imagem: Bradberry et al. The Journal of Neuroscience)

Jogos controlados pelo pensamento

Este estudo tem implicações importantes para o futuro das tecnologias de

interfaces cérebro-computador e cérebro-máquina, inclusive para as já

existentes. Se simples acelerômetros fizeram o sucesso do Wii, imagine o que

seria possível com jogos totalmente controlados pelo pensamento. Mas o maior

apelo para essas tecnologias cérebro-máquina é a recuperação do controle dos

movimentos para pessoas deficientes ou que sofreram doenças

neuromusculares graves, como a esclerose lateral amiotrófica, lesão da medula

espinhal ou mesmo derrame cerebral. O aparelho desenvolvido pela equipe

para registrar os movimentos tridimensionais também deverá ajudar as outras

tecnologias já existentes, que hoje exigem etapas de treinamento inicial do

sistema e do operador bastante intensivo.

Interface cérebro-computador

Um grupo de várias universidades norte-americanas desenvolveram um novo

tipo de sensor multiplexado que é capaz de captar a atividade cerebral em

resoluções inéditas. O novo dispositivo tem a estrutura de uma folha plástica

flexível e opera de forma totalmente não-invasiva, ou seja, dispensa os

eletrodos rígidos que até agora precisavam ser literalmente inseridos no

cérebro. O novo dispositivo tornará possível a criação de uma nova geração de

interfaces cérebro-computador para tratar doenças neurológicas e

psiquiátricas, controles de computadores e equipamentos robotizados, além de

levar as pesquisas na área de neurociências a um novo patamar

"A tecnologia que criamos pode se conformar à geometria única do cérebro,

gravando e mapeando a atividade cerebral em resoluções que não eram

possíveis até agora," disse o Dr. Brian Litt, da Universidade da Pensilvânia.

Sensor multiplexado

O sensor é composto por um conjunto multiplexado de 360 canais, formados

por 720 nanotransistores de membrana, todos montados sobre um polímero

ultrafino e muito flexível. O conjunto pode ser colocado não apenas sobre a

superfície cerebral, mas também no interior de sulcos e fissuras ou mesmo

entre os hemisférios corticais, áreas que são fisicamente inacessíveis aos

conjuntos de microeletrodos rígidos. Os sensores neurais atuais exigem a

conexão de um fio para cada sensor individual. Isso significa que eles só

podem monitorar regiões maiores do cérebro com baixa resolução, ou áreas

menores com alta resolução - mas não as duas coisas ao mesmo tempo. O

novo sensor multiplexado e flexível usa 10 vezes menos fios, cobrindo uma

área muito maior do cérebro com alta resolução.

Neuro-implantes

Nos testes em animais, os pesquisadores conseguiram registrar ondas de

atividade cerebral em formato serrilhado que nunca haviam sido observadas

antes. Ondas semelhantes só haviam sido vistas ao longo do músculo cardíaco

durante um evento potencialmente fatal, chamado fibrilação ventricular. O

próximo passo da pesquisa será testar o sensor em humanos, o que será feito

em pacientes que sofrem ataques epilépticos.Em última instância, os

pesquisadores esperam que a malha flexível de sensores possa ser

aperfeiçoada para uso em várias outras ações terapêuticas ao longo do corpo.

Ele poderá servir para a implantação de neuropróteses, marca-passos ou

estimuladores neuromusculares, entre outros.

Apenas 39 fios sao suficientes para transmitir os sinais dos 720 nano

transistores que fazem a leitura direta dos sinais cerebrais.[Imagem: Travis

Ross/Yun Soung Kim/University of Illinois at Urbana-Champaign]

O cérebro fala sinais neurais são convertidos em palavras

Pesquisadores da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, conseguiram

pela primeira vez traduzir sinais do cérebro em palavras.O experimento,

utilizando dois implantes neurais inseridos diretamente sobre o cérebro de um

paciente, é um primeiro passo rumo à possibilidade de que pessoas

paralisadas comuniquem-se usando suas próprias palavras, eventualmente

sintetizadas por um computador.

Esta é uma foto do experimento real, mostrando dois tipos de eletrodos postos

sobre o cérebro de um paciente que sofre de epilepsia grave.

[Imagem: University of Utah Department of Neurosurgery]

Implantes cerebrais

"Conseguimos decodificar palavras usando somente sinais do cérebro, com um

dispositivo que potencialmente poderá ser utilizado a longo prazo em pacientes

paralíticos incapacitados de falar," diz Bradley Greger, professor de

bioengenharia e membro da equipe que está fazendo os experimentos. Apesar

dos experimentos com implantes cerebrais estarem sendo feitos há vários

anos, o método invasivo ainda encontra problemas, sobretudo com rejeição, o

que leva os pesquisadores a salientarem que ainda serão necessários alguns

anos de pesquisas para que se possa chegar a testes clínicos em larga escala.

Os implantes cerebrais - duas grades de microeletrodos com 16 sensores cada

um - foram inseridos diretamente sobre o centro cerebral da fala de um

voluntário com graves crises epilépticas. O homem no qual foram feitos os

testes estava sendo submetido a uma craniotomia - a remoção parcial e

temporária do crânio - para a colocação de eletrodos convencionais que

pudessem detectar a fonte de suas convulsões, na tentativa de interrompê-las

cirurgicamente.

Sinais do cérebro em palavras

Uma imagem por ressonância magnética (MRI) do cérebro do paciente é

sobreposta com a localização dos dois tipos de eletrodos usados: os

quadrados vermelhos mostram a localização dos micro implantes usados no

experimento de interpretação da fala. [Imagem: Spencer Kellis, University of

Utah]

Aproveitando a cirurgia, os cientistas implantaram também os microeletrodos.

Com o paciente já acordado, eles registraram os sinais cerebrais quando o

paciente repetia cada uma de 10 palavras consideradas úteis para uma pessoa

com paralisia total: sim, não, quente, frio, fome, sede, olá, adeus, mais e

menos. Mais tarde, eles tentaram descobrir quais sinais cerebrais

representavam cada uma das 10 palavras. Quando compararam quaisquer

dois sinais do cérebro, os cientistas foram capazes de distinguir os sinais

cerebrais correspondentes a cada palavra com grande precisão: 76% no caso

da palavra "sim" e 90% no caso palavra "não", por exemplo. Quando eles

analisaram todos os 10 padrões de sinais cerebrais ao mesmo tempo, algo

essencial para um sistema prático, conseguiram identificar as palavras com um

índice de correção entre 28% e 48% - um pouco melhor do que o mero acaso,

que seria de 10%, mas ainda insuficiente para um aparelho que pretenda

traduzir pensamentos de uma pessoa paralisada em palavras faladas por um

computador. "Esta é uma prova de conceito,

" afirma Greger. "Nós provamos que esses sinais podem dizer o que a pessoa

está expressando bem acima do mero acaso. “Mas precisamos ser capazes de

identificar mais palavras com mais precisão antes que se torne algo que um

paciente realmente ache útil.”

Com os necessários avanços, os pesquisadores vislumbram no futuro um

equipamento sem fios que possa converter em palavras os pensamentos de

pacientes paralisados por derrames, acidentes, esclerose lateral amiotrófica

etc.

Microeletrodos cerebrais

O implante neural consiste em uma matriz de 16 microeletrodos, com um

espaçamento de 1 milímetro, instalados sobre uma base de silicone. [Imagem:

Spencer Kellis, University of Utah]

O experimento utilizou um novo tipo de implante neural cujos microeletrodos se

apoiam sobre o cérebro sem perfurá-lo. Esses eletrodos são conhecidos como

microECoGs, porque são uma versão miniaturizada dos eletrodos usados em

exames de electrocorticografia, ou ECoGs, desenvolvidos há mais de 50 anos.

Para o tratamento de pacientes com crises epilépticas graves e não

controladas por medicação, os cirurgiões removem parte do crânio e colocam

uma base de silicone contendo eletrodos ECoG sobre o cérebro. Esses

eletrodos ficam lá durante dias ou semanas, com o crânio apenas colocado no

lugar, sem ser fixado.

Apesar de não penetrar no cérebro, os eletrodos ECoGs são sensíveis o

suficiente para detectar atividades elétricas anormais, permitindo que os

cirurgiões localizem e retirem uma pequena porção do cérebro que está

causando as convulsões.O próximo passo da pesquisa será testar implantes

com um número maior de eletrodos, com um menor espaçamento entre eles,

de forma a aumentar a resolução dos sinais cerebrais captados. Em vez dos 16

eletrodos do implante atual, os pesquisadores estão construindo uma grade

com 121 eletrodos, dispostos em uma matriz de 11 por 11.

Pacientes paralisados unem as mentes com robô

Controle compartilhado

Robôs controlados por impulsos cerebrais têm sido apresentados em diversas

versões ao longo dos últimos anos.

Mas as dificuldades do treinamento da interface neural e a falta de jeito dos

robôs para fazerem tarefas úteis do dia-a-dia têm restringido esses avanços ao

interior dos laboratórios.

O Dr. José del R. Millán, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça,

acredita ter encontrado a solução capaz de colocar os chamados robôs

controlados pelo pensamento mais próximos do uso prático: fundir as "mentes"

do robô e do usuário.

Este parece ser o melhor de dois mundos, uma vez que as interfaces neurais

requerem atenção contínua do usuário, o que as torna cansativas, e a

inteligência dos robôs na maior parte das vezes é mais artificial do que

inteligência.

O robô semi-autônomo foi controlado por uma junção da sua inteligência

artificial e das ondas cerebrais de pacientes paralisados.[Imagem: José del R.

Millán]

Fusão de mentes

Em vez de deixar o controle do robô totalmente a cargo do paciente, o

pesquisador criou um sistema híbrido no qual o robô possui um sistema de

inteligência artificial que permite que ele navegue razoavelmente por um

ambiente doméstico ou de um hospital.

Tão logo o robô encontre uma situação inesperada ou precise tomar uma

decisão que parece ser natural para um humano, mas difícil de tomar por um

robô, a interface neural entra em ação, e o usuário "diz" ao robô - por meio de

um comando mental adequado - o que ele deve fazer.

No restante do tempo, o usuário não precisa se ocupar de nada, e o robô faz

tudo o que estiver ao alcance de sua "mente robótica".

Inteligência compartilhada

O sistema "interface neural/robô parcialmente autônomo" deu resultados

melhores do que os previstos.

Em primeiro lugar, o robô move-se de forma muito mais "natural" - próximo ao

movimento de um ser humano - não ficando travado quando não sabe o

caminho a seguir e nem trombando com as coisas.

Em segundo lugar, o controle do robô semi-autônomo exigiu muito menos dos

usuários, que não precisam ficar concentrados o tempo todo.

Em um labirinto de teste, eles demoraram muito mais para conduzir o robô até

o final do percurso quando o sistema de navegação do próprio robô foi

desligado.

Pacientes paralisados

Mais importante ainda, o Dr. Millán quis testar seu sistema em condições

extremas. Para isso, ele contou com a ajuda de dois pacientes que estão

paralisados na cama há seis e sete anos.

O controle neural é baseado na leitura dos sinais cerebrais que controlam o

movimento motor, dos braços, pernas, pescoço etc. - trata-se essencialmente

de um eletroencefalograma em tempo real.

Os cientistas não sabiam se pacientes paralisados - para os quais os robôs

podem ser mais úteis, sobretudo em sistemas de telepresença - conseguiriam

controlar seus circuitos neurais relacionados ao movimento perdido há tanto

tempo.

Mas os resultados foram muito animadores, e os pacientes aprenderam a

controlar o robô em seis aulas de uma hora cada uma.

Telepresença

O robô é um modelo comercial chamado Robotino, que recebeu um notebook

rodando o sistema de navegação e um aplicativo Skype. A ligação à internet é

feita por uma conexão 3G.

O paciente usou um capacete com os sensores não-invasivos para ler seus

sinais neurais e um computador com uma câmera, acompanhando o que

acontecia com o robô e recebendo as imagens do notebook que ele leva.

Isso permitiu montar um sistema de telepresença completo, que permitiu que

os dois pacientes, internados em um hospital, controlassem o robô no

laboratório do Dr. Millán, a mais de 100 km de distância.

Interface neural monitora ondas cerebrais continuamente Interfaces cerebrais

interfaces neurais, controle de equipamentos usando os pensamentos,

interfaces cérebro-máquina. Assim como os teclados parecem estar dando

lugar às telas sensíveis ao toque, a próxima geração de interfaces já está

sendo desenhada.

À medida que a tecnologia dos sensores avança, juntamente como a

compreensão do cérebro humano, fica cada vez mais próximo o dia em que os

dedos darão lugar às ondas cerebrais.

É isto o que se vê no desenvolvimento mais recente apresentado pelo centro

de pesquisas IMEC, da Bélgica.

Monitoramento cerebral contínuo

O equipamento é um sistema de eletroencefalograma que permite o

monitoramento contínuo das ondas cerebrais.

Inicialmente desenvolvido para aplicações médicas, o aparelho registra as

ondas cerebrais e as transmite via rádio - a chamada conexão wireless - para

um receptor localizado a até 10 metros do usuário.

A questão é que são exatamente esses sistemas médicos que os

pesquisadores estão utilizando em suas interfaces neurais para o controle de

computadores, equipamentos eletrônicos, cadeiras de rodas, exoesqueletos e

robôs.

Toda a eletrônica embarcada do aparelho, incluindo o processador, controlador

e radiotransmissor, está acondicionada em um circuito medindo 2,5 x 3,5 x 5

centímetros - cabe em qualquer fone de ouvido ou capacete.

O equipamento inteiro consome apenas 3,3 mW (miliwatts) de energia quando

transmitindo para apenas 1 canal, e 9,2 mW quando transmitindo para 8 canais

- isso se traduz em uma durabilidade de até 4 dias para suas baterias de íons

de lítio de 100 mAh.

Eletroencefalograma em casa

O mais importante para sua aplicação prática, contudo, talvez seja o fato de

que o equipamento utiliza eletrodos secos - não é necessário passar o gel

normalmente usado para melhorar o contato do eletrodo com o corpo.

Apesar disso, são usados sensores de liga de prata, fabricados para uso

médico, disponíveis comercialmente. Isso significa que pode haver algum

desconforto, já que o conforto não é uma prioridade quando se desenvolve

aparelhos para serem usados poucos minutos durante um exame.

Do ponto de vista médico, o equipamento permite que os exames de

eletroencefalograma hoje feitos em laboratório, exigindo técnicos

especializados e colocação de eletrodos com gel, possam ser feitos em casa.

O monitoramento contínuo dará aos médicos dados dos pacientes muito mais

próximos da realidade do que a amostragem hoje feita durante alguns minutos

no laboratório.

Fica cada vez mais próximo o dia em que os dedos darão lugar às ondas

cerebrais nas interfaces e no controle de computadores e equipamentos.

[Imagem: IMEC]

Criado implante cerebral que aprende e evolui junto com o cérebro

Interface cérebro-máquina

Pesquisadores da Universidade da Flórida, nos Estados Unidos, levaram vários

passos adiante o conceito de implantes cerebrais e criaram uma interface

cérebro-máquina que não apenas transforma sinais cerebrais em movimento,

mas que também evolui com o cérebro à medida que ele aprende.

O implante cerebral mais avançado que existia até hoje  funciona como um

verdadeiro robô, sendo capaz de rastrear os neurônios para captar melhor os

sinais dos neurônios. Mas esta é a primeira vez que uma interface neural

consegue aprender e evoluir.

O novo implante construído será capaz de se adaptar ao comportamento da

pessoa ao longo do tempo e usar esse conhecimento acumulado para

completar as tarefas motoras de forma mais eficiente. [Imagem: Arturo

Sinclair/UF]

Interface cerebral inteligente

Em vez de simplesmente interpretar os sinais elétricos dos neurônios de

determinadas partes do cérebro e utilizá-los para acionar uma mão ou uma

perna robótica, o novo implante construído pela equipe do Dr. Justin Sanchez

será capaz de se adaptar ao comportamento da pessoa ao longo do tempo e

usar esse conhecimento acumulado para completar as tarefas motoras de

forma mais eficiente.

"No grande quadro das interfaces cérebro-máquina, esta é uma mudança

completa de paradigma," diz Sanchez. "Esta idéia abre todos os tipos de

possibilidades sobre como interagimos com os dispositivos. Não se trata mais

apenas de dar instruções, mas de como esses dispositivos podem nos assistir

em um objetivo comum. Você conhece o objetivo, o computador conhece o

objetivo e vocês trabalham juntos para completar a tarefa."

Comunicação de mão-dupla

Para que essa mudança de paradigma fosse possível, os pesquisadores

transformaram o implante cerebral em um sistema de comunicação de mão-

dupla, no qual a interface "ouve" os sinais do cérebro e transmite seus próprios

sinais para os neurônios.

É como se o implante deixasse de ser uma simples prótese para se transformar

em um verdadeiro assistente. Por enquanto o equipamento só foi testado em

camundongos.

Movimentando um braço robótico com o pensamento

Para criar a interface cérebro-máquina inteligente, os pesquisadores

desenvolveram um sistema que estabelece objetivos e dá prêmios quando

esse objetivo é alcançado. Os ratos deviam mover um braço robótico apenas

com seus pensamentos. Quando eles conseguiam, recebiam uma gota de

água.

O objetivo do computador, por outro lado, era conquistar o maior número

possível de pontos - quanto mais perto do objetivo o braço robótico chega,

mais pontos o programa recebe.

Isto faz com que o programa detecte quais sinais do cérebro do rato leva-o a

conquistar o maior número de pontos. Na próxima vez, o implante verifica se o

pensamento do rato foi mais eficiente. Se não foi, ele induz os sinais

correspondentes ao maior nível de eficiência já alcançado, tornando o processo

mais eficiente para o rato.

Protocolo cerebral

O que era considerado ficção científica há pouco tempo, hoje é realidade: na

verdade, muita ficção científica começa a ser deixada para trás.

As interfaces cérebro-máquina são exemplo desse avanço. Mas a

comunicação com cada uma dessas interfaces é um processo trabalhoso e

demorado.

Agora, o professor Paulo Victor de Oliveira Miguel, do Colégio Técnico da

Unicamp (Cotuca), desenvolveu um protocolo de comunicação, denominado

"Ecolig", que vai permitir que praticamente qualquer aparelho eletroeletrônico

seja controlado com o pensamento.

Este avanço, na opinião de Miguel, significará a inclusão de pessoas com

dificuldades de acessibilidade de naturezas variadas.

A pesquisa teve como objetivo a criação de um tipo de comunicação diferente

do que foi desenvolvido até o momento, principalmente quando se altera a

característica servo-mecânica, ou seja, o aparelho a ser controlado.

Adeus aos teclados

A interação que existe entre a pessoa e o computador ou um aparelho celular

passa, atualmente, pelo mouse e pelo teclado, por meio da digitação, seja

através das teclas ou pela tecnologia de toque.

"Esse é só um exemplo de como temos uma dificuldade enorme hoje para

continuar interagindo com dispositivos eletroeletrônicos", diz Miguel.

O foco principal e básico foi melhorar essa interação - eliminando o mouse e o

teclado e passando o controle para as ondas cerebrais.

Um benefício imediato será o combate às lesões por esforço repetitivo, uma

vez que os membros do corpo não serão mais utilizados como extensões

servo-mecânicas para o controle ou a transmissão de informações para

celulares, computadores e outros equipamentos.

Cientistas de Cingapura desenvolveram recentemente uma Interface cérebro-

computador que traduz as sondas cerebrais em quatro minutos. [Imagem:

Shijian Lu]

Interface com nanodispositivos

Outro benefício imediato será o avanço significativo na interação dos

dispositivos do tipo nano e microeletrônicos, que exigem uma interface mais

adequada à sua miniaturização.

De acordo com Miguel, juntamente com o avanço da tecnologia, esta será uma

mudança muito evidente nos próximos anos. "O investimento em micro e

nanotecnologia revela claramente que não há como conectar teclado e mouse

em algo que não se vê", afirmou o pesquisador.

Os nanorrobôs e outros dispositivos pequenos precisarão de um sistema de

comunicação diferente, tanto do ponto de vista conceitual e técnico quanto de

topologias de rede e estrutura de comunicação com vários desses dispositivos.

Na opinião de Miguel, essa é uma migração para uma área que está muito

próxima da biologia, na qual cria-se um sistema de comunicação com colônias,

sejam elas do tipo animal, biológico, celular ou bacteriana.

Uma interface neural portátil, criada nos EUA, está ajudando no avanço das

máquinas acionadas pelo pensamento. [Imagem: Bradberry et al./The Journal

of Neuroscience]

Protocolo para ondas cerebrais

No que se refere às tecnologias "próximas aos olhos", prosseguiu o

pesquisador, o protocolo permitirá que computadores e celulares, por exemplo,

sejam utilizados em óculos especiais, com menor complexidade de fabricação,

menor consumo de energia e com menos lixo eletrônico a ser tratado quando

forem substituídos.

O mesmo se aplica aos dispositivos relacionados com a visão ampliada, onde

as seleções de controles e informações podem acontecer mais rapidamente e

com novos recursos.

O conceito principal envolvido em todo esse processo das interfaces cérebro-

computador, ou cérebro-máquina, é muito parecido com a tecnologia

desenvolvida para o eletroencefalograma.

Os sinais cerebrais são utilizados da mesma forma, só que nessa pesquisa foi

desenvolvido um protocolo.

A partir de um aparente ruído, cujo sinal tem para o médico uma interpretação

analógica - ele analisa o comportamento, verifica anormalidades e sinaliza o

tipo de procedimento a ser adotado - foi realizado um procedimento um pouco

diferente. Foi criada uma linguagem em cima dele.

"Isso é exatamente como se a pessoa estivesse usando uma coisa que ela

sempre teve, que é a atividade cerebral, captada a partir de um simples contato

com alguns sensores sobre o cabelo, para posteriormente entender um código.

Constantemente estamos produzindo esses sinais que não estão sendo

usados. O objetivo é fazer com que a pessoa possa controlar esse sinal de

uma forma que ele emita uma certa linguagem", observou o cientista da

computação.

Protocolo semiótico

Um implante cerebral que aprende e evolui junto com o cérebro é outra das

grandes inovações da área. [Imagem: Arturo Sinclair/UF]

Segundo Gilmar Barreto, orientador do trabalho, um grupo de pessoas que

pode se beneficiar desta tecnologia é o de tetraplégicos.

A aplicação desse protocolo de comunicação é ilimitada e ultrapassa a ficção

científica, garantiu o docente. "A maneira das pessoas entenderem mais

facilmente como ele funciona é observando o aparelho que realiza o exame de

eletroencefalograma. Hoje já existem interfaces como a utilizada pelo Paulo

Victor, que são sem fio e sem utilização de gel condutor. Mas esse não é o final

da história. Ainda vai evoluir muito. As pessoas poderão interagir com a

televisão, acender e apagar as luzes, ligar e desligar aparelhos só com o

pensamento. Os sinais são codificados numa linguagem e quem controla isso é

a pessoa", assegurou.

O fato é que estes sinais, quando associados a atividades ou estímulos mais

complexos como interpretações de imagens, comandos motores e sensações,

por exemplo, possuem comportamentos que podem ser classificados e

interpretados por um equipamento eletrônico. Esta classificação é relacionada

com um conjunto de assinaturas elétricas, gerando um código que é utilizado

para a elaboração de um protocolo semiótico.O conceito de protocolo está

normalmente associado a padrões que são utilizados em processos de

comunicação. Neste caso, no entanto, este conceito vai além da comunicação,

acrescentou Miguel. A proposta de um protocolo semiótico está associada a

um conjunto de símbolos que são interpretados como signos semióticos por

sistemas inteligentes, podendo significar assim comandos mais complexos ou

até meta-interpretações que podem evoluir ao serem processadas por outros

sistemas inteligentes. Também podem ser considerados processos de

aprendizagem que ocorrem em redes neurais biológicas ou artificiais.

Este mesmo protocolo, suportado por sinais elétricos sensoriais, captados

diretamente do sistema nervoso central, permite a criação de interfaces

eletroeletrônicas mais simples e até mesmo sistemas de aprendizagem mais

eficientes. Portanto, será possível reduzir as etapas associadas à transferência

de uma informação como parte da troca ou transmissão de um conhecimento

específico.

Novas formas de comunicação

A Máquina de Indução de Sensações é uma tentativa de unir os mundos real e

virtual. [Imagem: Presenccia]

Miguel lembrou que uma linguagem universal suportada por signos sensoriais

já era utilizada nos primórdios da humanidade, quando figuras com significados

ficaram retratadas nas cavernas pelos povos primitivos, que não tinham a

linguagem falada ou escrita para se comunicar.

"Podemos ir muito mais além da linguagem, uma vez que o tato, o cheiro, o

som e até a imaginação podem gerar signos semióticos em nossa mente, com

suas respectivas 'assinaturas' elétricas," sugeriu.

Em termos práticos, isso significa que bastará pensar em falar com alguém e o

sistema fará a conexão, sem a necessidade de associar as pessoas a números

telefônicos. Ou ainda, quando for necessário utilizar o editor de textos,

seguramente não serão necessários o mouse ou o teclado. Bastará pensar no

arquivo e o computador irá buscá-lo e abri-lo em sua tela.

Para Miguel, esse trabalho, que também está nos principais centros de

pesquisas do mundo, ainda tem um longo caminho pela frente. Contudo, é uma

inovação importante, que tende a mudar o conceito de relação homem-

máquina nos próximos anos. Essa interação, por exemplo com a área de

Educação, será fundamental porque a principal ferramenta de transferência de

informação na atualidade é o texto. "Escrevemos livros para permitir que outras

pessoas tenham acesso às informações sobre os avanços tecnológicos

desenvolvidos", exemplificou. Neste momento, o pesquisador está finalizando a

elaboração de um projeto que será apresentado à Fundação de Amparo à

Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), em parceria com docentes da

Universidade de São Paulo (USP), da Universidade Estadual Paulista "Júlio de

Mesquita Filho" (Unesp), do L'Institut de Recherche en Communications et

Cybernétique (IRCCy) na França e uma empresa na área de telefonia celular,

dentre outras renomadas empresas dos setores eletroeletrônico e biomédico.

"Digitador mental" é controlado apenas pelo pensamento Um computador

controlado apenas pelo poder do pensamento acaba de ser demonstrado em

uma grande feira comercial na Alemanha. O equipamento poderá ser uma

opção para pacientes paralisados operarem computadores, ou para pessoas

que sofreram amputação operarem membros artificiais controlados

eletronicamente. Mas ele poderá ter também aplicações fora da área de saúde,

como em jogos de computadores e na indústria de entretenimento.

O BBCI ("Berlin Brain-Computer Interface") - já apelidado de "digitador mental"

- foi criado por pesquisadores do Instituto Fraunhofer e pela Charité, a escola

de medicina da Universidade Humboldt, ambos em Berlim, Alemanha. O

equipamento foi apresentado na feira de eletrônica CeBit, em Hanover. A

máquina torna possível digitar mensagens na tela de um computador por meio

do controle mental do movimento de um cursor. O usuário deve vestir uma

espécie de capacete, contendo eletrodos que medem a atividade elétrica do

cérebro, um sinal conhecido como eletroencefalograma, e imaginar que está

movimentando seu braço direito ou esquerdo de forma a fazer o cursor se

mover.

"É uma sensação muito estranha," diz Gabriel Curio, da Charité. "E, pela

multidão assistindo, você pode imaginar que o potencial é imenso."

Algoritmos de aprendizagem

Curio diz que os usuários podem operar o dispositivo em apenas 20 minutos,

depois de efetuar 150 movimentos do cursor em suas mentes. Isto porque o

equipamento aprende rapidamente a reconhecer a atividade na área do córtex

motor de uma pessoa, a área do cérebro associada com o movimento. "O

truque são os algoritmos de aprendizagem de máquina desenvolvidos no

Instituto Fraunhofer," diz Curio. John Chapin, um especialista em implantação

de eletrodos para controle de computadores, concorda que a tecnologia de

sensoriamento do eletroencefalograma está avançando rapidamente. "Tem

havido muitoprogresso no esquema não-invasivo nos últimos anos," disse ele à

New Scientist.

Os pesquisadores alemães esperam desenvolver uma versão comercial do

dispositivo como auxílio para pacientes paralisados ou amputados.

Chapin acrescenta que as interfaces cérebro-computador poderão ter muitos

usos além da área médica. "Sinais do cérebro dão a você a vantagem da

rapidez," acrescenta ele. O dispositivo poderá originar um novo controlador de

jogos e ser utilizado de muitas outras formas. Os pesquisadores inclusive já

começaram a testar a máquina para auxiliar a dirigir automóveis, já que ela

pode sentir uma reação súbita e controlar os freios do veículo bem antes que o

motorista o faça. O próximo estágio é desenvolver um capacete que não

precise ser conectado diretamente ao crânio. Isto deverá tornar o equipamento

mais fácil de usar e causar menos irritação à pele do usuário. Demonstrada

comunicação cérebro a cérebro usando o pensamento

Interface cérebro-cérebro

Cientistas da Universidade de Southampton, no Reino Unido, demonstraram

que é possível a comunicação entre duas pessoas utilizando apenas os

impulsos cerebrais, sem nenhum outro tipo de interação.

As interfaces cérebro-computador  já não são nenhuma novidade, sendo

utilizadas para o controle de computadores, robôs, sistemas de realidade virtual

e até de cadeiras de rodas.

Mas o que a equipe do professor Christopher James desenvolveu agora é uma

interface cérebro-cérebro, ainda que a conexão seja mediada por

computadores.

"Enquanto a interface cérebro-computador não seja mais uma novidade e a

comunicação pessoa a pessoa pela atuação única do sistema nervoso já tenha

sido demonstrada antes, aqui nós mostramos, pela primeira vez, uma interface

verdadeira de um cérebro a outro," afirma o Dr. James.

Comunicação cérebro a cérebro

No experimento, uma pessoa utiliza uma interface cérebro-computador

tradicional, na qual eletrodos colados sobre seu crânio capturam os sinais

cerebrais e os traduzem em dígitos na tela do computador.

A seguir, o programa envia os sinais captados para um outro computador, via

Internet. Este computador recebe os sinais e os transforma em pulsos elétricos

que fazem piscar um pequeno conjunto de LEDs. Essas piscadelas são

captadas pelo equipamento ligado ao cérebro do segundo participante, que

decifra a mensagem.

Embaixo, à direita, pode-se ver a pequena lanterna de LEDs que pisca para

transmitir os sinais para o receptor da mensagem. [Imagem: Christopher

James]

Eletroencefalograma

A demonstração consistiu na transmissão de quatro algarismos - 1011. Um

aparelho de eletroencefalograma ligado ao usuário transmissor captura os

dígitos conforme ele pensa em mover seu braço - pensar em mover o braço

esquerdo gera um dígito 0, enquanto pensar em mover o braço direito gera um

dígito 1.

Não há movimento efetivo, apenas a intenção é suficiente para gerar os sinais

no aparelho de eletroencefalograma. Esses sinais são enviados ao

computador, que os decodifica e os transmite automaticamente para o segundo

computador.

O computador receptor recebe os dígitos e faz o conjunto de LEDs piscarem.

As piscadelas são sutis demais para que possam ser detectadas e

interpretadas conscientemente pelos olhos do usuário receptor. Mas são fortes

o bastante para interferirem com os eletrodos que estão monitorando seu

córtex visual. Detectando as alterações no cérebro do usuário receptor por

meio desses eletrodos, o programa de seu computador interpreta os sinais

recebidos e os imprime na tela.

Transmissão de pensamento

A demonstração teria sido um pouco mais didática se fossem usados dois

computadores no lado do usuário receptor - um para receber os sinais pela

Internet e fazer os LEDs piscarem, e outro para interpretar os sinais dos

eletrodos e mostrar a informação decodificada.

Mas o princípio de funcionamento é o mesmo, e as duas tarefas são feitas por

programas diferentes rodando no mesmo computador. Embora demonstre de

fato uma comunicação cérebro a cérebro verdadeira, é importante salientar que

não se trata, pelo menos não ainda, da transmissão de pensamentos, mas da

utilização da interpretação dos sentidos atuando no cérebro - o pensar no

movimento do braço, no caso do transmissor, e a sensação visual gerada no

receptor.

"Nós ainda temos que compreender todas as implicações de tudo isto, mas há

vários cenários nos quais a comunicação cérebro a cérebro poderá ser

benéfica, como ajudar as pessoas com sérias deficiências motoras a se

comunicarem. E há também a possibilidade de usar a tecnologia para jogos,"

diz o Dr. James.

Próteses biônicas serão ligadas ao cérebro com luz

Imagine um braço ou uma perna biônicos que possam ser plugados

diretamente no sistema nervoso humano. Isso poderá permitir que o cérebro

controle o movimento da prótese e que seu portador receba sensações

detectados por ela, como o calor de uma chama ou a pressão de um aperto de

mão.

Próteses robóticas

Quase todas as atuais interfaces neurais são eletrônicas, usando componentes

metálicos que geralmente são rejeitados pelo organismo - para uma alternativa,

veja Eletrodos plásticos tornam chips neurais compatíveis com cérebro.

Mas a equipe de Marc Christensen, da Universidade Metodista Meridional de

Dallas, nos Estados Unidos, está desbravando o caminho rumo a essas

próteses plug & play futuristas.

O grupo desenvolveu sensores fotônicos que poderão melhorar as conexões

entre os nervos e os membros biônicos ao substituir os eletrodos metálicos por

luz.

As fibras ópticas e os plásticos utilizados nesses sensores fotônicos são menos

propensos a gerar respostas imunológicas, que acabam em rejeição. E não

sofrem qualquer tipo de corrosão.

Por enquanto os sensores estão em fase de protótipos, e ainda são muito

grandes para serem implantados no corpo. Mas a equipe afirma que a

miniaturização é um passo natural.

Os cientistas desenvolveram sensores fotônicos que poderão melhorar as conexões entre os nervos e os membros biônicos ao substituir os eletrodos metálicos por luz. [Imagem: DARPA/JHUAPL/HDT Engineering Services]

Sensores fotônicos

Os sensores fotônicos são baseados em capas plásticas esféricas que mudam

de formato sob a ação de um campo elétrico. As capas são acopladas a fibras

ópticas, que transmitem a luz.

A maneira como a luz viaja no interior da esfera é chamado "modo de galeria

sussurrante", um nome inspirado na Catedral de São Paulo, em Londres, onde

o som viaja mais longe do que o normal porque as ondas refletem ao longo de

uma parede côncava.

O princípio de funcionamento dos sensores fotônicos é que o campo elétrico

associado com um impulso nervoso pode afetar o formato da esfera, o que irá

mudar a ressonância da luz no interior do dispositivo - ou seja, o nervo

efetivamente se torna parte do circuito fotônico.

Em teoria, a alteração na ressonância da luz que passa pela fibra óptica pode

informar ao braço robótico que o cérebro está querendo mover um dedo, por

exemplo.

Os sinais podem ser transmitidos no sentido inverso disparando um laser

infravermelho diretamente sobre o nervo, que pode ser guiado por um refletor

instalado na extremidade da fibra óptica.

Cão robótico

Os cientistas planejam testar o primeiro protótipo em um cão ou em um gato

nos próximos dois anos. Para isso eles já contam com um financiamento de

US$5,6 milhões.

Vários pesquisadores se mostraram entusiasmados com o trabalho. Mas Marc

Gasson, da Universidade de Reading, no Reino Unido, afirma que ainda haverá

problemas de rejeição.

"Certamente esses materiais são largamente biocompatíveis. Entretanto, eu

duvido que você possa descartar totalmente alguma forma de resposta

imunológica," disse Garson, que recentemente afirmou ter infectado a si próprio

com um vírus de computador.

Conclusão:

Com o avanço tecnológico e o desenvolvimento de implantes que captam a

atividade cerebral com mais precisão, tornando uma interpretação mais fiel dos

impulsos emitido pelo cérebro humano , diferentes dos implantes existentes

hoje, torna a interação homem maquina a cada dia mais precisa, tornando as

possibilidades de controle da mente uma realidade.

A conclusão que chegamos e que a ficção vira realidade, pois a cada dia que

passa as possibilidades e avanços da ciências são infinitas e somada a

vontade de descobrir e entender o mistério que envolve o corpo humano em

especial o cérebro, não Poe limite as descobertas cientificas.

Bibliografia:

Unsupervised brain computer interface based on intersubject information and online adaptationLu,S.,Guan,C.,Zhang,H. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering Vol.: 17, 135-145 DOI: 10.1109/TNSRE.2009.2015197Decoding spoken words using local field potentials recorded from the cortical surfasse Spencer Kellis, Kai Miller, Kyle Thomson, Richard Brown, Paul House, Bradley Greger Journal of Neural Engineering October 2010 Vol.: 7 056007 DOI: 10.1088/1741-2560/7/5/056007

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=proteses-bionicas-serao-ligadas-cerebro-luz&id=010180101026

Wolf, D. F; Simões, E. V; Osório, F. S; Junior, O. T. Robótica Móvel Inteligente: Da Simulação às Aplicações no Mundo Real. Tecnologias. http://www.blogger.com/feeds/5414264393444888974/posts/defaultBlog Add Tech - Estratégia de Negócios com Realidade Aumentada. http://blog.addtech.com.br/post/Estrategia-de-Negocios-com-Realidade-Aumentada.aspxRobô feito de Lego que monta Legos. http://blog.brasilacademico.com/2010/10/robofeito-de-lego-que-monta-gos.htmlKinected Conference | MIT Media Lab. http://kinectedconference.media.mit.edu/É hora de discutir uma ética para a robótica.

http://www.inovacaotecnologica.com. br/noticias/noticia.php?artigo=etica-da-robotica&id=010180101221 Robôs assistentes pra pessoas com dificuldades motoras.

Robô enfermeiro que cuida de pacientes idososhttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=roboenfermeiro& id=010180110804

Robô assistente inspirado em cão-guia para cegoshttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=robo-assistenteinspirado- em-cao-guia-para-cegos&id=010180081030

Panasonic apresenta novas versões de robôs hospiralareshttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=panasonic-roboshospitais& id=010180111010

Prótese biônica e cadeira de rodas controlada por sinais nervososhttp://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=protese-bionicacadeira-rodas-controlada-pensamento&id=020175110218