Homem com doença degenerativa consegue falar graças a uma interface cérebro-computador
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Casey Harrell tem um conjunto de eletrodos implantados no cérebro há quase três anos. Ele tem Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA), está paralisado e usou pela primeira vez a interface cérebro-computador (BCI, brain-computer interface) para “falar” frases com a ajuda de uma equipe de pesquisa em 2023.
Desde então, Harrell, que acumulou milhares de horas de uso, consegue usar o dispositivo de forma independente na maior parte do tempo, após ser conectado com a ajuda de um cuidador. A equipe acrescentou novos recursos ao sistema e Harrell também o usa para navegar na Internet e trabalhar.
“Vivendo com uma doença como a ELA, espera-se que você tenha sonhos reduzidos. Eu não”, diz Harrell à MIT Technology Review. “Qualquer uma dessas coisas seria uma melhoria absolutamente divina. Ter todas elas, e muitas, muitas outras, é verdadeiramente revolucionário.”
Nos primeiros 22 meses e meio após a implantação do dispositivo, Harrell o usou por mais de 3.800 horas em casa, sem a presença de nenhum pesquisador, de acordo com relato da equipe na revista científica Nature Medicine. “Ele é o primeiro usuário avançado de uma BCI de fala”, disse Sergey Stavisky, neuroengenheiro da Universidade da Califórnia em Davis (EUA).
Decodificando a fala
Três anos atrás, Harrell confiou seu cérebro a David Brandman, professor associado de cirurgia neurológica da Universidade da Califórnia em Davis, e a colegas dele. Na época, Casey Harrell tinha 45 anos e já havia sido diagnosticado com ELA, uma doença degenerativa que priva as pessoas do uso dos músculos.
Ele dependia de outras pessoas para controlar a cadeira de rodas, vesti-lo e alimentá-lo. Tinha dificuldade para falar e as pessoas tinham dificuldade para entender o que dizia. Então Brandman perguntou se ele gostaria de testar um implante cerebral que poderia ajudá-lo a se comunicar. “A indústria estava à beira de uma transformação e eu queria fazer parte dela”, disse Harrell. Ele se inscreveu.
Em julho de 2023, durante uma operação de cinco horas, médicos implantaram quatro matrizes de 64 eletrodos cada. Cada par de matrizes foi conectado por fios a um ponto de conexão chamado “pedestal”, criando dois locais de acoplamento na parte externa do crânio de Harrell, para conectar os eletrodos a um computador.
A equipe vinha trabalhando há muito tempo no desenvolvimento de algoritmos para decodificar a atividade cerebral em fala. O sistema deles funciona registrando a atividade do córtex motor da fala, uma região do cérebro responsável pelos movimentos que nos permitem falar.
“Há 39 fonemas que compõem todos os sons da língua inglesa norte-americana”, diz Nicholas Card, neuroengenheiro da Universidade da Califórnia em Davis e integrante da equipe. Mapear a atividade neural relacionada à produção de cada um desses fonemas permitiu que a equipe criasse um decodificador de fala personalizado e um software capaz de “falar” essas palavras. “Primeiro vamos dos dados cerebrais aos fonemas e, depois, dos fonemas às palavras”, explicou Nicholas.
Eles começaram a usar o dispositivo cerca de um mês após a cirurgia. A equipe fez o decodificador de fala de Harrell funcionar no primeiro dia, diz Card. Naquele dia, em agosto, Harrell usou o dispositivo para se comunicar com um vocabulário de 50 palavras, e 99,6% das palavras saíram como ele pretendia. Esse vocabulário foi posteriormente ampliado para 125 mil palavras, com 97,5% de precisão.
Na ocasião, não estava claro quanto tempo o dispositivo poderia durar. Interfaces cérebro-computador ainda são novas e poucas pessoas as tiveram implantadas por longos períodos. Tecido cicatricial pode se formar ao redor dos eletrodos no cérebro de uma pessoa, por exemplo, interferindo na captação da atividade neural. Mas esse não parece ser o caso de Harrell.
Usuário avançado
Em outro avanço, Harrell agora consegue usar o dispositivo de forma mais independente. Em 2023, integrantes da equipe de pesquisa precisavam visitar Harrell em casa e conectá-lo e desconectá-lo fisicamente do dispositivo nos dias em que queria usá-lo. Isso não é mais necessário. Desde então, a equipe automatizou mais partes do sistema e, hoje, o cuidador de Harrell consegue colocar e retirar o equipamento para ele. “Ele acorda, é conectado e simplesmente começa a usar”, diz Stavisky.
Isso é importante, diz Mariska Vansteesel, pesquisadora de BCI do Centro Médico da Universidade de Utrecht, que não participou do teste. “Para que essas tecnologias sejam relevantes para os pacientes, realmente precisamos testá-las nos ambientes em que elas acabarão sendo usadas, para demonstrar que têm valor, que são utilizáveis e que funcionam bem sem o envolvimento constante de uma equipe de pesquisa”, diz ela.
A equipe também trabalhou para melhorar o próprio sistema. Ele agora tem 99% de precisão, diz Stavisky. Harrell também consegue controlar um cursor, uma mudança transformadora que lhe permite usar o computador pessoal para enviar mensagens de texto e e-mails, navegar na Internet e continuar o trabalho como ativista ambiental.
Ao longo dos anos, a equipe atualizou o sistema para atender a pedidos específicos de Harrell. Agora ele consegue ativar um “modo de privacidade”; quando ativo, qualquer texto decodificado é automaticamente apagado. Ele também pode optar por usar um “filtro de palavrões” enquanto conversa com a filha pequena.
“Conseguimos acrescentar recursos ao software do dispositivo, melhorando a precisão e adicionando mais funcionalidades para me permitir ser mais independente ao usar o aparelho”, diz Harrell. “Estamos construindo o caminho enquanto o percorremos, ou rolamos por ele, por assim dizer.”
Nada menos que revolucionário
A pesquisadora Mariska Vansteesel alerta que, embora o dispositivo esteja funcionando bem para Harrell, não há garantia de que funcionará tão bem, ou por tanto tempo, para outras pessoas com ELA. Na última década, ela trabalhou com uma mulher com ELA que usava um dispositivo totalmente implantado para se comunicar por meio de “cliques cerebrais”, ou seja, cliques de cursor usando atividade cerebral. A mulher usou a BCI por sete anos, mas o dispositivo parou de funcionar no fim desse período, aparentemente por causa da degeneração cerebral.
De todo modo, nem todas as pessoas com ELA estarão dispostas a passar por uma cirurgia cerebral invasiva, diz Jane Huggins, que está desenvolvendo BCIs não invasivas na Universidade de Michigan e não participou do teste. “O uso independente de longo prazo, com comunicação eficiente e precisa, é uma espécie de Santo Graal da BCI”, diz ela. “Mas temos observado uma aversão consistente a internações hospitalares entre pessoas com condições progressivas como a ELA.”
Harrell, no entanto, chama o dispositivo de “nada menos que revolucionário”. “Isso me permitiu continuar trabalhando, ganhando dinheiro e dando segurança para minha família. Isso está me reconectando com amigos e familiares que são tímidos demais ou têm medo demais de vir aqui e não conseguirem me entender”, diz ele. “Com minha filha de sete anos, consigo criar um vínculo que antes eu não conseguia formar. Agora posso ler para ela e ajudar a aprimorar as próprias habilidades de leitura. Ao fazer isso, consigo dividir a responsabilidade da criação dos filhos com minha esposa, que cuida tanto de mim.”
Sergey Stavisky e os colegas esperam melhorar ainda mais o dispositivo. “Nunca estamos satisfeitos”, diz ele. Um dos objetivos é, no futuro, restaurar a “voz completa” de Harrell. Eles estão trabalhando em um sistema “cérebro-voz” que poderia decodificar diretamente a atividade cerebral em uma voz falada, com cadência, inflexão e entonação de som natural. Uma voz que poderia soar feliz, irritada ou sarcástica, por exemplo.
“Eu tinha uma confiança silenciosa de que poderia obter algum benefício pessoal com o sistema”, diz Harrell. “Nem em um milhão de anos eu imaginaria que alcançaria tanto.”
O post Homem com doença degenerativa consegue falar graças a uma interface cérebro-computador apareceu primeiro em MIT Technology Review - Brasil.
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Casey Harrell tem um conjunto de eletrodos implantados no cérebro há quase três anos. Ele tem Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA), está paralisado e usou pela primeira vez a interface cérebro-computador (BCI, brain-computer interface) para “falar” frases com a ajuda de uma equipe de pesquisa em 2023.
Desde então, Harrell, que acumulou milhares de horas de uso, consegue usar o dispositivo de forma independente na maior parte do tempo, após ser conectado com a ajuda de um cuidador. A equipe acrescentou novos recursos ao sistema e Harrell também o usa para navegar na Internet e trabalhar.
“Vivendo com uma doença como a ELA, espera-se que você tenha sonhos reduzidos. Eu não”, diz Harrell à MIT Technology Review. “Qualquer uma dessas coisas seria uma melhoria absolutamente divina. Ter todas elas, e muitas, muitas outras, é verdadeiramente revolucionário.”
Nos primeiros 22 meses e meio após a implantação do dispositivo, Harrell o usou por mais de 3.800 horas em casa, sem a presença de nenhum pesquisador, de acordo com relato da equipe na revista científica Nature Medicine. “Ele é o primeiro usuário avançado de uma BCI de fala”, disse Sergey Stavisky, neuroengenheiro da Universidade da Califórnia em Davis (EUA).
Decodificando a fala
Três anos atrás, Harrell confiou seu cérebro a David Brandman, professor associado de cirurgia neurológica da Universidade da Califórnia em Davis, e a colegas dele. Na época, Casey Harrell tinha 45 anos e já havia sido diagnosticado com ELA, uma doença degenerativa que priva as pessoas do uso dos músculos.
Ele dependia de outras pessoas para controlar a cadeira de rodas, vesti-lo e alimentá-lo. Tinha dificuldade para falar e as pessoas tinham dificuldade para entender o que dizia. Então Brandman perguntou se ele gostaria de testar um implante cerebral que poderia ajudá-lo a se comunicar. “A indústria estava à beira de uma transformação e eu queria fazer parte dela”, disse Harrell. Ele se inscreveu.
Em julho de 2023, durante uma operação de cinco horas, médicos implantaram quatro matrizes de 64 eletrodos cada. Cada par de matrizes foi conectado por fios a um ponto de conexão chamado “pedestal”, criando dois locais de acoplamento na parte externa do crânio de Harrell, para conectar os eletrodos a um computador.
A equipe vinha trabalhando há muito tempo no desenvolvimento de algoritmos para decodificar a atividade cerebral em fala. O sistema deles funciona registrando a atividade do córtex motor da fala, uma região do cérebro responsável pelos movimentos que nos permitem falar.
“Há 39 fonemas que compõem todos os sons da língua inglesa norte-americana”, diz Nicholas Card, neuroengenheiro da Universidade da Califórnia em Davis e integrante da equipe. Mapear a atividade neural relacionada à produção de cada um desses fonemas permitiu que a equipe criasse um decodificador de fala personalizado e um software capaz de “falar” essas palavras. “Primeiro vamos dos dados cerebrais aos fonemas e, depois, dos fonemas às palavras”, explicou Nicholas.
Eles começaram a usar o dispositivo cerca de um mês após a cirurgia. A equipe fez o decodificador de fala de Harrell funcionar no primeiro dia, diz Card. Naquele dia, em agosto, Harrell usou o dispositivo para se comunicar com um vocabulário de 50 palavras, e 99,6% das palavras saíram como ele pretendia. Esse vocabulário foi posteriormente ampliado para 125 mil palavras, com 97,5% de precisão.
Na ocasião, não estava claro quanto tempo o dispositivo poderia durar. Interfaces cérebro-computador ainda são novas e poucas pessoas as tiveram implantadas por longos períodos. Tecido cicatricial pode se formar ao redor dos eletrodos no cérebro de uma pessoa, por exemplo, interferindo na captação da atividade neural. Mas esse não parece ser o caso de Harrell.
Usuário avançado
Em outro avanço, Harrell agora consegue usar o dispositivo de forma mais independente. Em 2023, integrantes da equipe de pesquisa precisavam visitar Harrell em casa e conectá-lo e desconectá-lo fisicamente do dispositivo nos dias em que queria usá-lo. Isso não é mais necessário. Desde então, a equipe automatizou mais partes do sistema e, hoje, o cuidador de Harrell consegue colocar e retirar o equipamento para ele. “Ele acorda, é conectado e simplesmente começa a usar”, diz Stavisky.
Isso é importante, diz Mariska Vansteesel, pesquisadora de BCI do Centro Médico da Universidade de Utrecht, que não participou do teste. “Para que essas tecnologias sejam relevantes para os pacientes, realmente precisamos testá-las nos ambientes em que elas acabarão sendo usadas, para demonstrar que têm valor, que são utilizáveis e que funcionam bem sem o envolvimento constante de uma equipe de pesquisa”, diz ela.
A equipe também trabalhou para melhorar o próprio sistema. Ele agora tem 99% de precisão, diz Stavisky. Harrell também consegue controlar um cursor, uma mudança transformadora que lhe permite usar o computador pessoal para enviar mensagens de texto e e-mails, navegar na Internet e continuar o trabalho como ativista ambiental.
Ao longo dos anos, a equipe atualizou o sistema para atender a pedidos específicos de Harrell. Agora ele consegue ativar um “modo de privacidade”; quando ativo, qualquer texto decodificado é automaticamente apagado. Ele também pode optar por usar um “filtro de palavrões” enquanto conversa com a filha pequena.
“Conseguimos acrescentar recursos ao software do dispositivo, melhorando a precisão e adicionando mais funcionalidades para me permitir ser mais independente ao usar o aparelho”, diz Harrell. “Estamos construindo o caminho enquanto o percorremos, ou rolamos por ele, por assim dizer.”
Nada menos que revolucionário
A pesquisadora Mariska Vansteesel alerta que, embora o dispositivo esteja funcionando bem para Harrell, não há garantia de que funcionará tão bem, ou por tanto tempo, para outras pessoas com ELA. Na última década, ela trabalhou com uma mulher com ELA que usava um dispositivo totalmente implantado para se comunicar por meio de “cliques cerebrais”, ou seja, cliques de cursor usando atividade cerebral. A mulher usou a BCI por sete anos, mas o dispositivo parou de funcionar no fim desse período, aparentemente por causa da degeneração cerebral.
De todo modo, nem todas as pessoas com ELA estarão dispostas a passar por uma cirurgia cerebral invasiva, diz Jane Huggins, que está desenvolvendo BCIs não invasivas na Universidade de Michigan e não participou do teste. “O uso independente de longo prazo, com comunicação eficiente e precisa, é uma espécie de Santo Graal da BCI”, diz ela. “Mas temos observado uma aversão consistente a internações hospitalares entre pessoas com condições progressivas como a ELA.”
Harrell, no entanto, chama o dispositivo de “nada menos que revolucionário”. “Isso me permitiu continuar trabalhando, ganhando dinheiro e dando segurança para minha família. Isso está me reconectando com amigos e familiares que são tímidos demais ou têm medo demais de vir aqui e não conseguirem me entender”, diz ele. “Com minha filha de sete anos, consigo criar um vínculo que antes eu não conseguia formar. Agora posso ler para ela e ajudar a aprimorar as próprias habilidades de leitura. Ao fazer isso, consigo dividir a responsabilidade da criação dos filhos com minha esposa, que cuida tanto de mim.”
Sergey Stavisky e os colegas esperam melhorar ainda mais o dispositivo. “Nunca estamos satisfeitos”, diz ele. Um dos objetivos é, no futuro, restaurar a “voz completa” de Harrell. Eles estão trabalhando em um sistema “cérebro-voz” que poderia decodificar diretamente a atividade cerebral em uma voz falada, com cadência, inflexão e entonação de som natural. Uma voz que poderia soar feliz, irritada ou sarcástica, por exemplo.
“Eu tinha uma confiança silenciosa de que poderia obter algum benefício pessoal com o sistema”, diz Harrell. “Nem em um milhão de anos eu imaginaria que alcançaria tanto.”
O post Homem com doença degenerativa consegue falar graças a uma interface cérebro-computador apareceu primeiro em MIT Technology Review - Brasil.
Artigo originalmente publicado em
mittechreview.com.br