top of page

'Neurograins' podem ser as próximas interfaces cérebro-computador

Dezenas de microchips espalhados pela superfície cortical podem permitir que os pesquisadores ouçam milhares de neurônios ao mesmo tempo.


Fonte: Wired Magazine

Sinal: Fraco

Tendência: Humanos Aprimorados




UMA EQUIPE EM Brown University desenvolveu um sistema que usa dezenas de microchips de silício para registrar e transmitir a atividade cerebral para um computador. Chamados de “neurograins”, os chips - cada um com o tamanho de um grão de sal - são projetados para serem espalhados pela superfície do cérebro ou por todo o seu tecido para coletar sinais neurais de mais áreas do que atualmente é possível com outros implantes cerebrais.

“Cada grão tem microeletrônicos suficientes para que, quando embutidos no tecido neural, possam ouvir a atividade neuronal por um lado e, então, também pode transmiti-la como um pequeno rádio para o mundo exterior”, diz o líder. autor Arto Nurmikko, neuroengenheiro da Brown que liderou o desenvolvimento dos neurograins. O sistema, conhecido como interface cérebro-computador, é descrito em um artigo publicado em 12 de agosto na Nature Electronics .

Ao lado de outros pesquisadores da Brown, bem como colaboradores da Baylor University, da University of California em San Diego e da Qualcomm, Nurmikko começou a trabalhar nos neurograins há quatro anos, com financiamento inicial da Defense Advanced Research Projects Agency. Até agora, os pesquisadores testaram apenas os neurograins em roedores, mas esperam que o protótipo sirva de base para estudos em humanos. Além de registrar a atividade cerebral, os neurograins também podem estimular os neurônios com pequenos pulsos elétricos, tornando-os uma via intrigante a ser explorada para tratar distúrbios cerebrais como epilepsia e Parkinson ou restaurar a função cerebral perdida por lesão.


A equipe implantou o sistema em um rato, realizando uma craniotomia para colocar 48 dos neurograins no córtex cerebral - a camada externa do cérebro - organizando os microchips para cobrir a maior parte das áreas motoras e sensoriais. Um remendo fino do tamanho de uma impressão digital que se prendia ao couro cabeludo agia como um hub de comunicação externa, recebendo sinais dos neurônios como uma torre de telefone celular em miniatura, processando-os e carregando os chips sem fio.

Os pesquisadores testaram o sistema enquanto o animal estava sob anestesia e descobriram que os neurograins foram capazes de registrar a atividade cortical espontânea no rato inconsciente. No entanto, a qualidade dos sinais não era tão boa quanto aqueles adquiridos por chips comerciais usados ​​na maioria das pesquisas de interface cérebro-computador. Essas interfaces estão em desenvolvimento desde a década de 1970 e, nos últimos anos, permitiram que um pequeno número de pacientes paralisados ​​controlassem tablets , digitassem em um computador em velocidades cada vez mais rápidas apenas pensando nele ou movessem um membro robótico ou na tela cursor .


Vários dos microchips de silício conhecidos como "neurograins".CORTESIA DA BROWN UNIVERSITY

Para pessoas com lesões cerebrais e espinhais, esses sistemas podem, eventualmente, restaurar a comunicação e o movimento, permitindo que vivam de forma mais independente. Mas atualmente, eles não são tão práticos . A maioria requer configurações desajeitadas e não pode ser usada fora de um laboratório de pesquisa. Pessoas equipadas com implantes cerebrais também são limitadas nos tipos de ações que podem realizar por causa do número relativamente pequeno de neurônios dos quais os implantes podem registrar de uma só vez. O chip de cérebro mais comum usado, o array de Utah, é uma cama de 100 agulhas de silício, cada uma com um eletrodo na ponta que adere ao tecido cerebral. Uma dessas matrizes tem aproximadamente o tamanho do rosto de Abraham Lincoln em uma moeda americana e pode registrar a atividade de algumas centenas de neurônios ao redor.


Mas muitas das funções cerebrais nas quais os pesquisadores estão interessados ​​- como memória, linguagem e tomada de decisões - envolvem redes de neurônios amplamente distribuídas por todo o cérebro. “Para entender como essas funções realmente funcionam, você precisa estudá-las no nível dos sistemas”, diz Chantel Prat, professora associada de psicologia da Universidade de Washington que não está envolvida no projeto neurograins. Seu trabalho envolve interfaces cérebro-computador não invasivas que são usadas na cabeça em vez de implantadas.


A capacidade de gravar de muitos mais neurônios poderia permitir um controle motor muito mais preciso e expandir o que é possível atualmente com dispositivos controlados pelo cérebro. Os pesquisadores também podem usá-los em animais para aprender como as diferentes regiões do cérebro se comunicam. “Quando se trata de como o cérebro funciona, o todo é realmente mais importante do que a soma das partes”, diz ela.

Florian Solzbacher, cofundador e presidente da Blackrock Neurotech, a empresa que fabrica o array Utah, diz que um sistema de implante neural distribuído pode não ser necessário para muitos usos de curto prazo, como habilitar funções motoras básicas ou o uso de um computador. No entanto, aplicações mais futurísticas, como restauração de memória ou cognição, quase certamente exigiriam uma configuração mais complicada. “Obviamente, o Santo Graal seria uma tecnologia que poderia gravar o maior número possível de neurônios em todo o cérebro, na superfície e nas profundezas”, diz ele.


“Você precisa disso em toda a sua complexidade agora? Provavelmente não. Mas em termos de compreensão do cérebro e de olhar para futuras aplicações, quanto mais informações tivermos, melhor. ”

Sensores menores também podem significar menos danos ao cérebro, ele continua. Os arranjos atuais, embora já minúsculos, podem causar inflamação e cicatrizes ao redor do local do implante. “Normalmente, quanto menor você faz algo, menos provável que seja detectado pelo sistema imunológico como um objeto estranho”, diz Solzbacher, que não estava envolvido no estudo de Brown. Quando o corpo detecta um objeto estranho como uma farpa, ele tenta dissolver e destruí-lo ou encapsulá-lo com tecido cicatricial.


Mas, embora menor possa ser melhor, não é necessariamente à prova de falhas, adverte Solzbacher. Mesmo implantes minúsculos podem desencadear uma resposta imunológica, então os neurograins também precisarão ser feitos de materiais biocompatíveis. Um grande obstáculo com o desenvolvimento de implantes cerebrais é tentar minimizar os danos durante a construção de um implante de longa duração, para evitar o risco de cirurgias de substituição. Os arranjos atuais duram cerca de seis anos, mas muitos param de funcionar muito antes por causa do tecido cicatricial.


Se neurograins são a resposta, ainda há a questão de como colocá-los no cérebro. Em seu experimento com roedores, os pesquisadores de Brown removeram uma grande parte do crânio do rato, o que, por razões óbvias, não seria ideal em humanos. As matrizes implantadas atuais exigem a perfuração de um orifício na cabeça do paciente, mas a equipe de Brown quer evitar totalmente a cirurgia invasiva do cérebro. Para fazer isso, eles estão desenvolvendo uma técnica para inserir os neurograins envolvendo agulhas finas que seriam enfiadas no crânio com um dispositivo especial. ( Neuralink está buscando um robô semelhante a uma “máquina de costura” para entregar seu implante cerebral em forma de moeda .)


A segurança e a longevidade dos microchips precisarão ser testadas em roedores acordados e em movimento livre, o que a equipe de Brown planeja fazer a seguir. Em seguida, eles passarão para os estudos em macacos. Em última análise, Nurmikko prevê que a configuração do rato poderia ser dimensionada para 770 neurograins, cobrindo a área de superfície de um cérebro humano.


Com tantos dados neurais sendo coletados por todos esses chips, decodificar o que todos esses sinais significam será um desafio. A equipe de Brown quer ser capaz de registrar milhares - e, eventualmente, centenas de milhares - de neurônios. Todos esses sinais cerebrais precisarão ser decodificados e traduzidos em comandos a serem retransmitidos aos dispositivos externos que realizarão as ações desejadas do usuário. Isso exigirá uma análise muito mais sofisticada das informações neurais do que os sistemas mais simples de hoje podem fornecer.


Enquanto isso, a equipe de Nurmikko quer ver se consegue tornar os neurograins ainda menores, de modo que colocar centenas deles no cérebro causaria danos mínimos. Isso, diz Nurmikko, é um problema de microeletrônica. “Você está fazendo esse tipo de coisa, querida, encolhi as crianças ”, diz ele. “Mas o chip volta e pode não fazer exatamente o que você quer, então você tem que reiterar. Essa é a parte de sangue, suor e lágrimas desta jornada. ”

3 visualizações0 comentário

Comentarios

Obtuvo 0 de 5 estrellas.
Aún no hay calificaciones

Agrega una calificación
bottom of page