Macaquinha opera interface cérebro-máquina-cérebro

Quase um ano atrás, ninguém poderia ter previsto que Guava, a nossa mais nova colaboradora, desempenharia um papel tão chave nas nossas pesquisas. Tímida, compenetrada e sem ambições maiores, Guava se limitava a realizar as tarefas diárias sem maiores alaridos. Bem-comportada, carinhosa e delicada em seus movimentos, ela rapidamente aprendeu tudo que lhe foi ensinado. Ainda assim, o comentário de todos ao seu redor era que, apesar de ser um doce de criatura, Guava jamais seria nenhuma Aurora.

Guava deve ter ouvido o desdém alheio.

Na semana passda, surpreendendo a todos os seus colegas primatas (humanos e não humanos), Guava realizou algo que nem a grande Aurora jamais imaginou realizar. Beneficiando-se dos resultados obtidos por duas de suas primas distantes, Thumper e Pocie (veja NeuroLog de 17/11/2006), Guava se tornou o primeiro ser vivo a operar a mais nova interface cérebro-máquina criada pelos pesquisadores do Centro de Neuroengenharia da Universidade Duke.

O detalhe é que essa não é uma interface cérebro-máquina qualquer; trata-se da primeira interface cérebro-máquina-cérebro, algo que poucos acreditavam ser possível desenvolver. Pelo menos nessa década.

A primeira vista pode parecer pouco, mas uma breve explicação da operação básica dessa nova variedade de interface explica a relevância da conquista de Guava.

Até a semana passada todas as interfaces cérebro-máquina testadas mundo afora se baseavam no modelo utilizado por Aurora e seus colegas símios (veja NeuroLog 04/06/2007 para uma explicação mais detalhada). Usando a atividade elétrica, gerada por centenas de células cerebrais, localizadas em diferentes regiões do córtex, Aurora e seus discípulos foram capazes de controlar diretamente os movimentos de um braço mecânico.

Isso foi possível porque uma interface computacional foi capaz de extrair dessa atividade elétrica cerebral os comandos motores necessários para mover o braço mecânico. Nesses experimentos, Aurora era informada sobre os movimentos desse braço mecânico graças aos deslocamentos de um cursor numa tela de computador, colocada na frente do campo visual da nossa heroína.

Como os deslocamentos desse cursor pela tela correspondiam aos movimentos da mão do braço robótico, o cérebro de Aurora se valeu de estímulos visuais descrevendo as excursões do cursor para confirmar que os movimentos do braço mecânico correspondiam à intenção voluntária original de Aurora. Vale notar que essa intenção voluntária era sempre expressa pelos padrões de atividade elétrica neural do cérebro de Aurora, gerados algumas centenas de millisegundos antes do começo do movimento do braço mecânico.

Para que esses estímulos visuais (descrevendo os movimentos do cursor) chegassem ao cérebro de Aurora, fotorreceptores, localizados nas retinas dos seus olhos, tiveram que ser ativados pela luz refletida da tela do computador. A cada momento a ativação desses fotoreceptores, por sua vez, gerava uma tempestade de impulsos elétricos que, transmitida por milhões de nervos, levava algumas centenas de millisegundos para alcançar várias regioes do córtex cerebral da nossa heroína.

A ativação dessas regiões corticais (e algumas outras subcorticais) eram responsáveis pela percepção visual que Aurora experimentou, aquela que lhe permitia julgar se os movimentos do cursor (e do braço mecânico) eram adequados para a realização da tarefa em questão.

Como se pode imaginar, sincronizar toda essa operação não foi brincadeira.

Todavia, os experimentos com Guava vão alterar toda essa história.

Isso porque a nossa nova heroína símia não precisou usar seu sistema visual para operar uma interface cérebro-máquina. Ao invés disso, usando a mesma técnica testada com as macaquinhas Thumper e Pocie, Guava foi capaz de identificar mensagens elétricas transmitidas diretamente ao seu cérebro (sem necessidade de ativar fotoreceptores ou vias neurais) e usar essas mensagens para guiar a geração de movimentos de um cursor de computador.

Tudo isso usando sua atividade cerebral e mais nada. E sem gerar movimentos dos próprios braços.

Esse experimento inédito, completado e repetido algumas vezes nas últimas três semanas, seguiu o seguinte roteiro:

Usando pequenos microfilamentos, implantados meses atrás no córtex somestésico (aquele que nos permite experimentar sensações tácteis) de Guava, Joseph O’Doherty, pós-graduando do departamento de Engenharia Biomédica da Universidade Duke, foi capaz de transmitir padrões elétricos que informavam a nossa colaboradora sobre qual a direção (esquerda ou direita) que um cursor de computador, projetado numa mesa colocada na sua frente deveria se deslocar. Caso o cursor se movimentasse na direção indicada, Guava recebia uma porção generosa de suco de laranja brasileiro.

Como todos os movimentos desse cursor eram controlados pela atividade cerebral de Guava, para operar essa interface corretamente ela tinha que primeiro decodificar a informação (movimento para esquerda ou para direita) transmitida diretamente ao seu cérebro pela estimulação elétrica. Uma vez decodificada a direção do movimento (em menos de 100 millisegundos), Guava tinha então que “imaginar o movimento”, pois só assim outros microfilamentos, localizados em regiões motoras do seu córtex, seriam capazes de registar a atividade elétrica neural, que definia esse “pensamento motor”, e transmitir essa informação para a interface responsável por mover o cursor de computador.

Depois de pouco mais de 30 dias de treino diário, Guava se transformou na primeira primata a realizar essa complexa operação mental e operar a primeira interface cérebro-máquina-cérebro. A demonstração preliminar desse novo paradigma sugere que, num futuro próximo, será possível criar-se artefatos onde o tecido neural estabeleça um vínculo bidirecional com próteses mecânicas, desenhadas para reproduzir todos os comportamentos motores perdidos como decorrência de trauma ou doenças degenerativas do sistema nervoso.

No último final de semana, eu tive a oportunidade de apresentar os primeiros vídeos desses experimentos durante um simpósio organizado pelo Aspen Ideas Forum, um encontro anual voltado a debater vários aspectos da sociedade contemporânea.

Enquanto a platéia, recheada de membros da aristocracia americana, deliciava-se atônita com os vídeos que documentavam a realizacão de mais um experimento, qualificado por muitos, poucos anos atrás, como impossível de realizar, eu só conseguia me lembrar de algo que minha querida avó Lygia Maria sempre dizia:

“O impossível é só o possível no qual ninguém pôs tempo e esforço suficientes para realizar”.

Guava, que muitos achavam não ser do time da Aurora, não fez por menos.

Fez história!

Quem viver, verá.