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Quatro cérebros (de animais) ligados entre si executaram a mesma tarefa

A equipa está agora a desenvolver uma nova versão não invasiva de uma interface cérebro-máquina, que se espera poder ser utilizada na reabilitação de pessoas com paralisia severa.

Um só cérebro pode ser eficaz. Mas quando vários cérebros são interligados para trocar informação motora e sensorial, o desempenho torna-se muito melhor e temos aquilo a que se pode chamar um esboço do conceito de computador orgânico. A tecnologia chama-se brainet e promete avanços na reabilitação de pessoas com paralisias. Assim mostram os resultados dos estudos de uma equipa de investigação liderada por Miguel Nicolelis, neurocientista brasileiro da Universidade de Duke, nos EUA, e da qual faz parte o investigador português Miguel Pais Vieira, da mesma universidade.

“Esta investigação traz avanços importantes para as interfaces cérebro-máquina”, diz ao PÚBLICO Miguel Pais Vieira, de 35 anos. “Em determinadas condições, que ainda estão por explorar na sua totalidade, há vantagens claras em utilizar vários cérebros em vez de um único.”

Os dois estudos, publicados na revista Nature, introduzem o conceito de brainet, recorrendo à tecnologia da interface cérebro-máquina (BMI, na sigla em inglês), geralmente usada no processamento de informação de apenas um cérebro para controlar movimentos de dispositivos artificiais. Trata-se agora de uma elaboração mais complexa da interface cérebro-máquina, em que vários cérebros trocam informação dentro de uma rede, através da qual estão ligados, para executarem tarefas em conjunto.

“Esta é a primeira demonstração do uso partilhado da interface cérebro-máquina, um paradigma que tem vindo a ser desenvolvido com sucesso ao longo das últimas décadas em estudos com animais e aplicações clínicas”, explica num comunicado de imprensa Miguel Nicolelis. “Prevemos que as interfaces cérebro-máquina em rede [brainet] sigam o mesmo percurso e em breve sejam aplicadas na prática clínica.”

Anteriores estudos psicofísicos em humanos mostraram já que vários indivíduos tendem a coordenar-se quando executam movimentos simultâneos, mas os mecanismos neurofisiológicos dessa demonstração não são ainda conhecidos. Os estudos da equipa de Miguel Nicolelis representam agora um avanço no entendimento desse processo, e pretendem concluir se a actividade neuronal de vários cérebros pode efectivamente controlar movimentos e coordená-los.

Em 2013

, a equipa de investigadores havia já demonstrado, num estudo publicado na revista

Scientific Reports

, que era possível transferir informação em tempo real entre o cérebro de dois ratinhos, de tal forma que os animais pudessem comunicar entre si. “Nestes recentes estudos levámos a ideia inicial mais longe e demonstrámos que a actividade de múltiplos cérebros, que estão a cooperar para realizar uma tarefa, pode ser combinada para formar um único sistema computacional”, explica Miguel Pais Vieira.

O primeiro dos dois estudos agora publicados na Nature registou, através de eléctrodos implantados nos córtices motor e somatossensorial de quatro macacos rhesus, a actividade eléctrica de mais de 700 neurónios dos animais enquanto executavam a tarefa de mover, em três dimensões e com o controlo mental, um cursor até um determinado ponto. Para isso, os investigadores separaram os macacos em grupos de dois ou três indivíduos em diferentes salas, onde tinham acesso a um ecrã que lhes mostrava o cursor. Cada um dos macacos apenas podia mover o cursor em duas dimensões, pelo que foi necessário cooperarem para ter sucesso.

Ao longo de algum tempo e com o treino, verificou-se que os macacos tenderam a coordenar o movimento, alcançando uma maior eficácia. Com estes resultados, os investigadores comprovaram a possibilidade de integração do sistema brainet nos primatas, para em conjunto controlarem e atingirem um movimento único comum.

Já o segundo estudo na Nature testou a possibilidade de utilizar a actividade de quatro cérebros de ratinhos, interligados pelo brainet, para realizar em conjunto tarefas computacionais. A actividade neuronal foi registada nos animais que receberam estímulos exteriores, como informações de temperatura e pressão atmosférica. Posteriormente, essa informação foi transmitida ao córtex somatossensorial de outros ratinhos, que foram capazes de a integrar e a partir dela executarem pequenas tarefas, como por exemplo prever a pluviosidade.

“No estudo com roedores, as tarefas envolviam apenas processos binários [com duas hipóteses], mas dependiam da transferência directa e precisa de informação entre os vários cérebros”, explica-nos Miguel Pais Vieira. “Portanto, mais do que replicar o princípio do anterior estudo [nos macacos], o objectivo foi explorar de que forma cada um dos modelos animais podia maximizar o seu desempenho tendo como princípio a cooperação entre múltiplos cérebros.”

A equipa de Nicolelis demonstrou assim que a cooperação entre múltiplos cérebros na realização de uma mesma tarefa se traduz num melhor desempenho do que quando é realizada de forma isolada por um só cérebro. Porquê?

“Verificámos que a cooperação de grupo permite compensar pequenas distracções, que cada indivíduo naturalmente apresenta quando realiza a tarefa”, responde Miguel Pais Vieira. “Além disso, várias tarefas implicavam que acções distintas fossem realizadas concomitantemente, portanto, ou um único cérebro não poderia completar sozinho a tarefa ou, nos casos em que isso fosse possível, as pequenas variações individuais levavam a um desempenho pior.”

A equipa de Miguel Nicolelis está agora a trabalhar numa nova versão do brainet não invasiva, que se espera seja um dia utilizada na reabilitação de seres humanos com paralisia severa. “A ideia é que haja uma dependência parcial, de tal forma que isso seja mais um suporte do que uma dependência”, explica o português Miguel Pais Vieira. “Quase como os pais e os filhos. No início as crianças estão dependentes, mas aos poucos vão crescendo e vão-se tornando mais independentes.”

O neurocientista brasileiro estará em Portugal nesta próxima sexta-feira, 24 de Julho, para falar sobre os seus recentes trabalhos na interface cérebro-máquina, no “Simpósio Anual do Gabba”, no Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, no Porto. 

Em 2014, um dos seus estudos, o projecto Walk Again, alcançou grande visibilidade ao possibilitar que um paraplégico desse o pontapé inicial do Mundial de futebol do Brasil. A conquista foi possível graças a um exosqueleto desenvolvido pelo cientista, que utilizou a interface cérebro-máquina para permitir à pessoa controlar o movimento apenas com o seu cérebro.

Texto editado por Teresa Firmino