Imagine uma rede formada por cérebros de animais a qual pode realizar uma série de tarefas motoras ou até mesmo cálculos sofisticados.

Neurocientistas da Universidade de Duke conseguiram essa façanha. Eles introduziram um novo paradigma para interfaces cérebro-computador.

Interface Cérebro-Computador (ICC) também chamada Interface Mente-Máquina (IMM) ou em inglês Brain-Machine Interface (BMI) é um caminho de comunicação direta entre o cérebro e algum dispositivo externo.

Estas interfaces permitem que pessoas usem os seus sinais cerebrais para controlar os movimentos de dispositivos artificiais, tais como braços robóticos, exoesqueletos ou avatares virtuais.

As ICCs são frequentemente direcionadas para auxiliar, aumentar ou reparar a cognição humana ou as funções sensório-motoras.

Com esse intuito, os neurocientistas liderados pelo brasileiro Miguel Nicolelis, MD, Ph.D. e co-diretor do Centro de Neuroengenharia investigaram como os cérebros de dois ou mais animais podem ser ligados em rede para trabalharem em conjunto – como parte de um único sistema computacional – executando tarefas motoras (no caso dos macacos) ou cálculos (no caso dos ratos).

As “brainets”: fusão de cérebros

Estas redes funcionais de cérebros foram batizadas pela equipe de “Brainets” e podem capturar e transmitir os sinais cerebrais de ratos, macacos e, no futuro, até mesmo de seres humanos.

Em dois artigos publicados na Scientific Reports, em 09 de Julho de 2015, os neurocientistas relatam que grupos de animais foram literalmente capazes de fundir sua atividade cerebral.

De forma coletiva, estes animais conseguiram controlar tanto os movimentos de um braço de um avatar virtual em 3D (Brainet macaco) como executar uma variedade de operações computacionais (Brainet rato), incluindo reconhecimento de padrões, armazenamento e recuperação de informações e até mesmo previsão do tempo.

Os resultados sugerem que Brainets animais poderiam servir como o núcleo de computadores orgânicos com redes formadas por vários cérebros de animais, cooperando e trocando informações em tempo real.

Macacos e seus cérebros

Conforme relatado nos estudos, foram implantados nos macacos vários elétrodos no cortex somatosensório para capturar e transmitir as suas atividades cerebrais.

Em vários experimentos, dois ou três macacos tinham que conseguir controlar mentalmente os movimentos de um braço virtual 3D.

Para atingir esse desempenho, os macacos tinham que sincronizar sua atividade cerebral coletiva para produzir um “cérebro” responsável por gerar os movimentos em 3D do braço virtual.

Para este experimento, os macacos foram colocados em salas separadas, onde eles observaram em um monitor à sua frente, imagens idênticas a de um avatar (o macaco virtual).

Em seguida, estes macacos dividiram a atividade cerebral relacionada para movimentar o avatar na tela para que este tocasse num alvo.

O vídeo acima mostra três macacos compartilhando o controle sobre o movimento de um braço virtual em 3D. Cada macaco contribui com 2 dos 3 eixos (X, Y e Z). O Macaco C contribui com os eixos Y e Z (pontos vermelhos), o Macaco M com os eixos X e Y (pontos azuis) e o Macaco K com os eixos Y e Z (pontos verdes). A contribuição dos dois macacos em cada um dos eixos determina a posição do braço (representado pelo ponto preto). Juntos, os três macacos devem executar com precisão o movimento para conseguir recompensa.

Agora os ratos

Em outro conjunto de experiências, os pesquisadores conectaram três ou quatro ratos adultos em uma Brainet para resolver problemas computacionais.

Para isso, os neurocientistas implantaram matrizes de fios microscópicos no córtex somatossensorial primário dos ratos. Em seguida, fizeram uma estimulação elétrica leve, gerando alguma sensação tátil nos roedores.

Com essa sugestão de estimulação, os ratos sedentos aprenderam que podiam obter água se a atividade elétrica de seus cérebros fossem sincronizadas.

Ao longo do tempo, as Brainets rato aprenderam a completar a tarefa computacional de reconhecimento de padrões. Os ratos reconheceram diferentes padrões de estimulação cerebral, sincronizando sua atividade cerebral quando recebiam algum tipo de estímulo.

Brainet de quatro cérebros de ratos interconectados. As setas representam o fluxo de informação através da Brainet. As entradas foram entregues (em vermelho) como microestimulação intracortical simultânea (ICMS) em padrões (via eletrodos implantados) para o córtex somatosensorial de cada rato. A atividade neural (em preto) foi então registrada e analisada em tempo real. Foi solicitado aos ratos que sincronizassem sua atividade neural para ter a recompensa da água.

Brainets humanas serão as próximas

Os resultados destes experimentos comprovam que as Brainets podem servir como ensaio para o desenvolvimento de computadores orgânicos criados a partir da interface computador com os cérebros de vários animais.

Este arranjo iria utilizar um mecanismo computacional híbrido digital-analógico exclusivo, criando um diferencial dos computadores modernos que operam somente em modo digital.

“Esta é a primeira demonstração de uma interface cérebro-máquina compartilhada e em breve será levada para a prática clínica”, afirma Nicolelis.

Nicolelis e seus colegas do projeto Walk Again Project (Projeto Ande Novamente), estão atualmente trabalhando para implementar um Brainet humano não-invasivo para ser empregado no treinamento de neuro-reabilitação em pacientes com paralisias graves.

Uma aplicação clínica potencial desta pesquisa seria conectar pacientes com algum tipo de paralisia com voluntários saudáveis para ajudá-los a aprender a se mover novamente, ou ajudar os pacientes a aprender a controlar membros robóticos ou exoesqueletos, disse Nicolelis.

Fonte: Nature