Pela primeira vez, uma pessoa com paralisia cerebral formou frases usando dispositivo que lê sinais cerebrais

Em seus estágios finais, a doença neurológica esclerose lateral amiotrófica (ELA) pode trazer isolamento extremo. As pessoas perdem o controle de seus músculos e a comunicação pode se tornar impossível. 

Mas com a ajuda de um dispositivo implantado que lê seus sinais cerebrais, um homem nesse estado “completo” pode selecionar letras e formar frases, relataram pesquisadores esta semana.

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“As pessoas realmente duvidaram se isso era viável”, diz Mariska Vansteensel, pesquisadora de interface cérebro-computador do Centro Médico da Universidade de Utrecht, que não esteve envolvida no estudo, publicado na Nature Communications . 

Se o novo sistema de ortografia for confiável para todas as pessoas que estão completamente bloqueadas – e se puder ser mais eficiente e acessível – poderá permitir que milhares de pessoas se reconectem com suas famílias e equipes de atendimento, diz Reinhold Scherer, engenheiro neural da a Universidade de Essex.

A ELA destrói os nervos que controlam o movimento, e a maioria dos pacientes morre dentro de 5 anos após o diagnóstico. Quando uma pessoa com ELA não consegue mais falar, ela pode usar uma câmera de rastreamento ocular para selecionar letras em uma tela. Mais tarde na progressão da doença, eles podem responder a perguntas de sim ou não com movimentos sutis dos olhos. Mas se uma pessoa optar por prolongar sua vida com um ventilador, pode passar meses ou anos ouvindo, mas não se comunicando.

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Em 2016, a equipe de Vansteensel relatou que uma mulher com ELA poderia soletrar frases com um implante cerebral que detectava tentativas de mover a mão. Mas essa pessoa ainda tinha um controle mínimo de alguns músculos dos olhos e da boca. Não ficou claro se um cérebro que perdeu todo o controle sobre o corpo pode sinalizar os movimentos pretendidos de forma consistente o suficiente para permitir uma comunicação significativa.

O participante do novo estudo, um homem com ELA que agora tem 36 anos, começou a trabalhar com uma equipe de pesquisa da Universidade de Tübingen em 2018, quando ainda conseguia mover os olhos. Ele disse à equipe que queria um implante invasivo para tentar manter a comunicação com sua família, incluindo seu filho pequeno. Sua esposa e irmã forneceram consentimento por escrito para a cirurgia.

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O consentimento para esse tipo de estudo traz desafios éticos, diz Eran Klein, neurologista e neuroeticista da Universidade de Washington, Seattle. Este homem não teria sido capaz de mudar de ideia ou optar por sair durante o período após sua última comunicação com o movimento dos olhos.

Os pesquisadores inseriram dois conjuntos de eletrodos quadrados, com 3,2 milímetros de largura, em uma parte do cérebro que controla o movimento. Quando eles pediram ao homem para tentar mover suas mãos, pés, cabeça e olhos, os sinais neurais não eram consistentes o suficiente para responder a perguntas de sim ou não, diz Ujwal Chaudhary, engenheiro biomédico e neurotecnólogo da organização sem fins lucrativos alemã ALS. Voz.

Após quase 3 meses de esforços malsucedidos, a equipe tentou o neurofeedback, no qual uma pessoa tenta modificar seus sinais cerebrais enquanto obtém uma medida em tempo real do sucesso. Um tom audível ficou mais alto à medida que o disparo elétrico dos neurônios perto do implante acelerou, mais baixo à medida que desacelerava. 

Os pesquisadores pediram ao participante que mudasse esse tom usando qualquer estratégia. No primeiro dia, ele conseguiu mover o tom e, no dia 12, conseguiu combiná-lo com um tom alvo. “Era como música para os ouvidos”, lembra Chaudhary. Os pesquisadores ajustaram o sistema procurando os neurônios mais responsivos e determinando como cada um mudou com os esforços do participante.

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Mantendo o tom alto ou baixo, o homem poderia indicar “sim” e “não” a grupos de letras e, em seguida, letras individuais. Após cerca de 3 semanas com o sistema, ele produziu uma frase inteligível: um pedido para que os cuidadores o reposicionassem. No ano que se seguiu, ele fez dezenas de frases a uma taxa meticulosa de cerca de um caractere por minuto: “Sopa de goulash e sopa de ervilha doce”. “Eu gostaria de ouvir o álbum do Tool alto.” “Eu amo meu filho legal.”

Ele finalmente explicou à equipe que modulava o tom tentando mover os olhos. Mas nem sempre conseguiu. Apenas em 107 dos 135 dias relatados no estudo ele conseguiu combinar uma série de tons alvo com 80% de precisão, e apenas em 44 desses 107 ele conseguiu produzir uma frase inteligível.

“Só podemos especular” sobre o que aconteceu nos outros dias, diz Vansteensel. O participante pode estar dormindo ou simplesmente não está com vontade. Talvez o sinal cerebral fosse muito fraco ou variável para definir de maneira ideal o sistema de decodificação do computador, que exigia calibração diária. Neurônios relevantes podem ter entrado e saído do alcance dos eletrodos, observa o coautor Jonas Zimmermann, neurocientista do Wyss Center for Bio and Neuroengineering.

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Ainda assim, o estudo mostra que é possível manter a comunicação com uma pessoa à medida que ela fica presa, adaptando uma interface às suas habilidades, diz Melanie Fried-Oken, que estuda interface cérebro-computador na Oregon Health & Science University. “É tão legal.” Mas centenas de horas foram gastas para projetar, testar e manter o sistema personalizado, ela observa. “Não estamos nem perto de colocar isso em um estado de tecnologia assistiva que possa ser comprado por uma família.”

A demonstração também levanta questões éticas, diz Klein. Discutir as preferências de cuidados no final da vida é difícil o suficiente para as pessoas que podem falar, observa ele. “Você pode ter uma daquelas conversas realmente complicadas com um desses dispositivos que só permite que você diga três frases por dia? Você certamente não quer interpretar mal uma palavra aqui ou ali.” Zimmermann diz que a equipe de pesquisa estipulou que os cuidados médicos do participante não deveriam depender da interface. “Se a saída do soletrador fosse ‘desplugue meu ventilador’, não o faríamos.” Mas, acrescenta, cabe aos membros da família interpretar os desejos de um paciente como acharem melhor.

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A fundação de Chaudhary está buscando financiamento para dar implantes semelhantes a várias outras pessoas com ELA. Ele estima que o sistema custaria cerca de US$ 500.000 nos primeiros 2 anos. Enquanto isso, Zimmermann e seus colegas estão desenvolvendo um dispositivo de processamento de sinal que se conecta à cabeça por meio de ímãs, em vez de ancorar através da pele, o que acarreta risco de infecção.

Até agora, dispositivos que leem sinais de fora do crânio não permitiram a ortografia. Em 2017, uma equipe disse que poderia classificar com 70% de precisão respostas sim ou não do cérebro de um participante completamente preso usando uma tecnologia não invasiva chamada espectroscopia funcional de infravermelho próximo (fNIRS). 

Dois coautores do novo estudo, Chaudhary e o neurocientista da Universidade de Tübingen, Niels Birbaumer, fizeram parte dessa equipe. Mas outros pesquisadores expressaram preocupações sobre a análise estatística do estudo. Duas investigações encontraram má conduta em 2019 e dois documentos foram retirados. Os autores processaram para contestar as descobertas de má conduta, diz Chaudhary. Scherer, que estava cético em relação ao estudo fNIRS, diz que os resultados com o dispositivo invasivo são “definitivamente mais sólidos”.

Os pesquisadores do Wyss Center continuam a trabalhar com este participante do estudo, mas sua capacidade de soletrar diminuiu e agora ele responde principalmente a perguntas de sim ou não, diz Zimmermann. O tecido cicatricial ao redor do implante é parcialmente culpado porque obscurece os sinais neurais, diz ele. 

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Fatores cognitivos também podem desempenhar um papel: o cérebro do participante pode estar perdendo a capacidade de controlar o dispositivo depois de anos incapaz de afetar seu ambiente. Mas a equipe de pesquisa se comprometeu a manter o dispositivo enquanto ele continuar a usá-lo, diz Zimmermann. “Há essa enorme responsabilidade. Estamos bem cientes disso.”

Esta é uma matéria exclusiva do portal estrangeiro Science.


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