Interface crebro-mquina cabe inteira em um chip

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/09/2024

Neurochips

Voc j deve ter ouvido falar de muitos neurochips, ou chips bioeletrnicos, que permitem uma conexo com nosso sistema nervoso, alguns diretamente com o crebro.

Infelizmente, assim como um processador de computador no faz nada sozinho, os neurochips so na verdade interfaces crebro-computador, ou seja, precisam de um aparato externo substancial para funcionar.

Mas isso est comeando a mudar. Pesquisadores suos apresentaram a primeira interface crebro-mquina miniaturizada, totalmente integrada em um nico chip, que permite a comunicao direta do crebro para texto, ligando-se diretamente ao computador externo que permite seu uso.

“[Nosso neurochip] nos permite converter atividade neural complexa em texto legvel com alta preciso e baixo consumo de energia. Esse avano nos aproxima de solues prticas e implantveis que possam melhorar significativamente as habilidades de comunicao de indivduos com deficincias motoras graves,” disse Mahsa Shoaran, da Escola Politcnica Federal de Lausanne (EPFL).

Isto oferece uma soluo extremamente pequena, de baixo consumo de energia, altamente precisa e verstil, abrindo caminho para dispositivos prticos e totalmente implantveis, por exemplo, permitindo que os pacientes usem a interface fora de ambientes hospitalares, abrindo caminho para melhorar significativamente a qualidade de vida de pacientes com condies como esclerose lateral amiotrfica (ELA) e leses na medula espinhal.

A miniaturizao essencial para que o chip seja o menos invasivo possvel para ser implantado nos pacientes – o chip mede meros 2,46 mm² .
[Imagem: EPFL/Lundi13]

Converso crebro-texto

A converso “crebro para texto” envolve a decodificao de sinais neurais gerados quando uma pessoa imagina escrever letras ou palavras. Nesse processo, eletrodos implantados no crebro registram a atividade neural associada s aes motoras da escrita mo – esses chips no “leem o pensamento”, como comumente se diz.

O novo chip ento processa esses sinais em tempo real, traduzindo as pretenses de movimento das mos pelo crebro em texto digital correspondente. Essa tecnologia permite que indivduos, especialmente aqueles com sndrome do encarceramento e outras deficincias motoras graves, se comuniquem simplesmente pensando em escrever, com a interface convertendo essas intenes de movimento – seus “pensamentos” – em texto legvel em uma tela.

“Embora o chip ainda no tenha sido integrado a uma interface crebro-computador funcional, ele processou dados de gravaes ao vivo anteriores, convertendo atividade de escrita mo em texto com uma preciso impressionante de 91%,” disse Mohammed Shaeri, principal projetista do neurochip.

A verso atual do chip consegue decodificar at 31 caracteres diferentes, uma conquista inigualvel por qualquer outro sistema integrado. “Estamos confiantes de que podemos decodificar at 100 caracteres, mas um conjunto de dados de escrita mo com mais caracteres ainda no est disponvel,” acrescentou Shaeri.

Detalhes do neurochip.
[Imagem: EPFL/Lundi13]

Avanos na neurotecnologia

As interfaces crebro-computador atuais registram os dados de eletrodos implantados no crebro e ento enviam esses sinais para um computador separado, onde um programa faz a decodificao dos sinais cerebrais, portanto ainda participando da parte “crebro” da interface. Este novo chip registra os dados, mas tambm processa as informaes em tempo real, integrando um sistema de gravao neural de 192 canais com um decodificador neural de 512 canais.

Esse avano neurotecnolgico um feito de miniaturizao indito, combinando avanos nos circuitos integrados, na engenharia neural e na inteligncia artificial.

Por exemplo, para conseguir processar a enorme quantidade de informaes captadas pelos eletrodos, os pesquisadores tiveram que adotar uma abordagem completamente diferente para a anlise de dados. Eles descobriram que a atividade cerebral para cada letra, quando o paciente imagina escrev-la mo, contm marcadores muito especficos, que os pesquisadores chamaram de cdigos neurais distintos (CNDs). Assim, em vez de processar milhares de bytes de dados para cada letra, s necessrio processar os CNDs, compostos por cerca de cem bytes, o que viabilizou colocar todo esse processamento dentro do chip.

Isso torna o sistema rpido, preciso e com baixo consumo de energia. Esse avano tambm permite tempos de treinamento mais rpidos, tornando o aprendizado de como usar a interface mais fcil e acessvel – tente imaginar que est escrevendo mo, sem que sua mo consiga se mexer, mas tendo que fazer os movimentos completos criteriosamente, e ter uma ideia da dificuldade que os paciente tm ao aprender a usar uma interface desse tipo.

“Estamos colaborando com outros grupos de pesquisa para testar o sistema em diferentes contextos, como decodificao de fala e controle de movimento. Nosso objetivo desenvolver uma interface crebro-computador verstil que possa ser adaptada a vrios distrbios neurolgicos, fornecendo uma gama mais ampla de solues para os pacientes,” disse Shoaran.

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