Uma equipe de pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon, em colaboração com a Universidade de Minnesota, ambas nos EUA, fez um avanço no campo do controle não invasivo de dispositivos robóticos. Usando uma interface não invasiva cérebro-computador (BCI), os pesquisadores desenvolveram o primeiro braço robótico controlado pela mente, bem-sucedido, exibindo a capacidade de rastrear e seguir continuamente o cursor do computador.
Ser capaz de controlar de maneira não invasiva os dispositivos robóticos usando apenas pensamentos terá amplas aplicações, beneficiando especialmente a vida de pacientes paralisados e portadores de distúrbios do movimento.
Foi demonstrado que os BCIs atingem um bom desempenho no controle de dispositivos robóticos usando apenas os sinais detectados pelos implantes cerebrais. Quando os dispositivos robóticos podem ser controlados com alta precisão, eles podem ser usados para concluir uma variedade de tarefas diárias. Até agora, porém, os BCIs bem-sucedidos no controle de braços robóticos usavam implantes invasivos no cérebro. Esses implantes requerem uma quantidade substancial de conhecimento médico e cirúrgico para instalar e operar corretamente, sem mencionar o custo e os riscos potenciais para os indivíduos e, como tal, seu uso foi limitado a apenas alguns casos clínicos.
Um grande desafio na pesquisa da BCI é desenvolver uma tecnologia menos invasiva ou totalmente não invasiva que permita que pacientes paralisados controlem seu ambiente ou membros robóticos usando seus próprios “pensamentos”. Essa tecnologia não invasiva da BCI, se bem-sucedida, traria a tecnologia tão necessária para numerosos pacientes e até potencialmente para a população em geral.
No entanto, os BCIs que usam sensor externo não invasivo, em vez de implantes cerebrais, recebem sinais “mais sujos”, levando a uma resolução atual mais baixa e controle menos preciso. Assim, ao usar apenas o cérebro para controlar um braço robótico, um BCI não invasivo não suporta o uso de dispositivos implantados. Apesar disso, os pesquisadores da BCI avançaram, de olho em uma tecnologia menos invasiva que poderia ajudar diariamente pacientes em todos os lugares.
Bin He, professor e chefe do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade Carnegie Mellon, está atingindo esse objetivo, uma descoberta importante de cada vez.
Houve grandes avanços nos dispositivos robóticos controlados pela mente usando implantes cerebrais. É uma ciência excelente.
Mas não invasivo é o objetivo final. Os avanços na decodificação neural e a utilidade prática do controle não invasivo do braço robótico terão implicações importantes no desenvolvimento eventual de neuro robóticos não invasivos”, diz Ele.
Usando novas técnicas de sensoriamento e aprendizado de máquina, He e seu laboratório conseguiram acessar sinais profundos do cérebro, alcançando uma alta resolução de controle sobre um braço robótico. Com neuroimagem não invasiva e um novo paradigma de busca contínua, ele está superando os sinais ruidosos de Eletroencefalograma (EEG), melhorando significativamente a decodificação neural baseada em EEG e facilitando o controle contínuo em tempo real do dispositivo 2D.
Usando um BCI não invasivo para controlar um braço robótico que está rastreando um cursor na tela do computador, pela primeira vez, He mostrou em seres humanos que um braço robótico agora pode seguir o cursor continuamente. Enquanto os braços robóticos controlados por seres humanos de forma não invasiva haviam seguido anteriormente um cursor em movimentos bruscos e discretos – como se o braço robótico estivesse tentando “alcançar” os comandos do cérebro – agora, o braço segue o cursor em um caminho suave e contínuo.
Em um artigo publicado na revista científica Science Robotics, a equipe estabeleceu uma nova estrutura que aborda e aprimora os componentes “cérebro” e “computador” da BCI, aumentando o envolvimento e o treinamento do usuário, bem como a resolução espacial de dados neurais não invasivos por meio de imagens de EEG .
O artigo, “Neuroimagem não invasiva aprimora o rastreamento neural contínuo para controle de dispositivos robóticos”, mostra que a abordagem exclusiva da equipe para resolver esse problema não apenas melhorou o aprendizado da BCI em quase 60% nas tarefas tradicionais de centralização, como também aprimorou o rastreamento contínuo de um cursor de computador em mais de 500%.
Veja um vídeo mostrando a tecnologia:
A tecnologia também possui aplicativos que podem ajudar uma variedade de pessoas, oferecendo um “controle mental” seguro e não invasivo de dispositivos que podem permitir que as pessoas interajam e controlem seus ambientes.
Até o momento, a tecnologia foi testada em 68 indivíduos humanos saudáveis (até 10 sessões para cada indivíduo), incluindo controle de dispositivo virtual e controle de um braço robótico para busca contínua. A tecnologia é diretamente aplicável aos pacientes e a equipe planeja realizar ensaios clínicos em um futuro próximo.
Apesar dos desafios técnicos que usam sinais não invasivos, estamos totalmente comprometidos em levar essa tecnologia segura e econômica para as pessoas que podem se beneficiar. Este trabalho representa um passo importante nas interfaces cérebro-computador não invasivas, uma tecnologia que um dia poderá se tornar uma tecnologia assistencial generalizada, ajudando todos, como smartphones”, diz He.
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