“As ondas do cérebro comandam o corpo – por Roberto Lent”

Ciência:Física/Biologia
Nível:avançado

Estudo usa realidade virtual para
testar interface cérebro-mente em paciente tetraplégico

Um dos grandes desenvolvimentos possíveis das neurotecnologias é a criação de interfaces
entre o cérebro e a mente. Na teoria, isso quer dizer que, se conseguirmos registrar
em um computador alguma representação da atividade neuronal relacionada a uma função
específica, teoricamente seria possível utilizar essa representação para realizar
a mesma função sob comando do computador. Essa possibilidade abre alternativas terapêuticas
enormes para o tratamento de pacientes com deficiências neurológicas, principalmente
aqueles que não podem se comunicar ou se locomover.

Imagem inspirada no filme O escafandro e a borboleta,
que conta a história do jornalista que ficou completamente paralisado em decorrência
de um acidente vascular encefálico, embora tenha mantido a lucidez.

Recentemente, os cinemas apresentaram o filme O escafandro e a borboleta,
inspirado no livro homônimo do jornalista francês Jean-Dominique Bauby, que
já mencionei
nesta coluna. O jornalista sofreu um acidente vascular
encefálico (um “derrame”, como é popularmente conhecido) que desconectou as regiões
mais baixas do seu cérebro daquelas regiões superiores que realizam o controle dos
movimentos.

Ele ficou, então, completamente paralisado de uma hora para a outra, portador do
que os médicos chamam de síndrome de encarceramento: incapaz de mover um
músculo, comunicação interpessoal zero, embora se mantivesse absolutamente lúcido.
Com muita tenacidade e sofrimento, comunicava-se por meio de piscadelas de um dos
olhos – o único movimento que havia subsistido – com uma enfermeira a quem “ditou”,
letra a letra, o seu livro, depois transformado em filme.

Bauby e os pacientes tetraplégicos em geral seriam candidatos a utilizar as neuropróteses
baseadas em interfaces cérebro-mente, se elas estivessem já ao alcance de uso. Assim,
utilizariam seu próprio pensamento, intacto, para comunicar-se e para mover-se.

As interfaces cérebro-mente

O problema é que o registro da atividade neuronal nem sempre é simples. Uma primeira
possibilidade – a mais invasiva – consiste em abrir o crânio do paciente por meio
de uma neurocirurgia e implantar chips com microeletrodos em regiões estratégicas
do cérebro para captar a atividade neuronal de centenas ou milhares de células nervosas,
durante o desempenho de alguma função.

Tal estratégia tem sido explorada em macacos com crescente sucesso, e mostra-se
capaz de comandar braços robóticos que realizam movimentos até bastante sofisticados,
como os atos de pegar um pedaço de
alimento e levá-lo à boca.
Os pesquisadores, nesse caso, compilam a
atividade de centenas de neurônios envolvidos com os comandos para contrair com
a combinação certa, a força adequada e a direção correta, as engrenagens do braço
robótico como se fossem os músculos do braço real (paralisado ou ausente).

Essa alternativa é complicada e arriscada para uso em humanos, porque seria preciso
realizar uma neurocirurgia para o implante dos microeletrodos. Nem sempre isso é
possível, e haveria muitas complicações que poderiam advir da tentativa.

Outra possibilidade seria utilizar as ondas do eletroencefalograma (EEG), que pode
ser captado através do crânio, sem expor fisicamente o cérebro. O EEG é uma medida
da atividade neuronal do cérebro, descoberto nos anos 1930 por um médico alemão
chamado Hans Berger (1873-1941), que não sabia do que se tratava exatamente, na
época. A técnica apresenta ondas de ritmos diversos, alguns mais rápidos, outros
mais lentos, que podem ser relacionadas a determinadas funções ou estados cerebrais.

As ondas do EEG durante o sono com sonhos, por exemplo, são diferentes daquelas
produzidas durante o sono sem sonhos: isso significa que o EEG acusa quando estamos
sonhando. Da mesma forma, a técnica acusa quando realizamos um movimento, pois o
traçado suave e relativamente lento se transforma em um ritmo agitado relacionado
às contrações musculares. Se o registro for feito bem no topo do crânio, captaremos
especificamente a atividade da região do córtex cerebral que move o pé de uma pessoa.

O paciente tetraplégico visualizava uma rua virtual com lojas
em ambos os lados e pessoas (avatares) que se deslocavam naturalmente. Reproduzido
de Leeb e colaboradores (2008).

Esse indivíduo poderia ser um paciente tetraplégico, solicitado a imaginar os movimentos
de seus pés paralisados. Nesse caso, a atividade cerebral captada pelo EEG (bastaria
para isso uma touca com eletrodos de registro) refletiria os comandos cerebrais
necessários para mover os pés. Levada a um computador para digitalização, quem sabe
fosse possível conduzir a cadeira de rodas do paciente sem a necessidade de uma
terceira pessoa, utilizando apenas o pensamento do paciente.

Ambiente de realidade virtual

Essa alternativa foi utilizada por um grupo de pesquisadores austríacos e alemães
chefiados por Gert Pfurtscheller e Gernot Müller-Putz, do Laboratório de Interfaces
Cérebro-Mente da Universidade Tecnológica de Graz, na Áustria. Essa equipe estudou
o desempenho de um rapaz tetraplégico de 38 anos, portador de uma lesão medular
completa na altura do pescoço e incapaz de mover-se sem uma cadeira de rodas.

Após um período de treinamento intensivo, o rapaz aprendia imaginar movimentos de
seus pés dentro de um ambiente virtual (uma rua fictícia) em que havia lojas, bares
à beira das duas calçadas e pessoas (avatares, como se usa no jargão da
realidade virtual). Ele aprendia a imaginar-se andando até o final da rua. Ao se
aproximar de um dos avatares, devia parar de pensar nos movimentos dos pés para
comunicar-se com eles, que lhe dirigiam a palavra dizendo “Oi” ou “Meu nome é Maggie”.
E continuar o caminho imaginário até o fim da rua virtual.

O treinamento possibilitava que ele imaginasse seus movimentos a partir de seus
pés, e essa ação mental imaginativa ativava justamente a região do cérebro no topo
do crânio, onde se encontram os neurônios que comandam os pés. Essa ativação mental
específica aparecia no traçado do EEG, devidamente filtrado e processado de modo
apropriado.

Na situação virtual, portanto, bastava pensar no movimento dos pés e o computador
movia o cenário como se o rapaz estivesse se deslocando na cadeira de rodas. Uma
esfera de comunicação invisível em torno de cada avatar, representada na figura,
devia fazê-lo parar de pensar no movimento, o que interrompia automaticamente o
deslocamento da cadeira de rodas.

O ambiente virtual de uma rua fictícia era utilizado para o movimento
do paciente na cadeira de rodas (representado pela linha tracejada). Os avatares
tinham em torno de si uma esfera invisível que detectava a proximidade do paciente
(representada por linhas pontilhadas). Tudo funcionou virtualmente, mas o objetivo
é trazer o experimento para uma situação real. Reproduzido de Leeb e colaboradores
(2007).

Os resultados são preliminares porque envolveram somente uma situação virtual muito
simples e apenas um paciente. No entanto, foram interessantes porque mostraram a
possibilidade de utilizar como interface entre o cérebro e a mente um simples registro
eletroencefalográfico que pode ser obtido por meio de uma touca com múltiplos eletrodos.

Os pesquisadores austríacos se preparam para aumentar a complexidade da situação
virtual, mudando a direção do movimento imaginário do paciente, criando obstáculos
inesperados (uma bola arremessada por crianças, por exemplo) e utilizando não apenas
uma rua, mas várias vias de uma cidade virtual.

Além disso, o objetivo será transferir a situação virtual para um ambiente real
e experimentar o sistema em vários pacientes. Também será preciso levar em conta
algumas das observações do paciente. Por exemplo, ele se queixou de que, para parar
a cadeira de rodas, era preciso deixar de imaginar o movimento dos pés, algo difícil
de evitar se um simples pensamento divagante surgisse na mente a qualquer momento.

O avanço das neurotecnologias é espantoso e levanta expectativas enormes para todos
os que precisam de ajuda no desempenho das funções corporais controladas pelo cérebro
e das funções mentais propriamente ditas. Parece até que o futuro chegou…

SUGESTÕES PARA LEITURA

D. Leeb e colaboradores (2007) Self-paced (asynchronous) BCI control of a wheelchair
in virtual environments: A case study with a tetraplegic. Computational Intelligence
and Neuroscience
2007: 79642.

C. Enzinger e colaboradores (2008) Brain motor system function in a patient with
complete spinal cord injury following extensive brain-computer interface training.
Experimental Brain Research 190:215-223.

Roberto Lent
Professor de Neurociência Instituto de Ciências Biomédicas
Universidade
Federal do Rio de Janeiro

Fontes:

http://cienciahoje.uol.com.br/131753