Notícia

Pesquisadores avançam na direção de nova interface cérebro-computador

Dr. Jihun Lee, Universidade Brown

Fonte

Universidade Brown

Data

quinta-feira, 19 agosto 2021 06:00

Áreas

Bioeletrônica. Engenharia Biomédica. Neurociências.

As interfaces cérebro-computador (BCIs, da sigla em inglês) são dispositivos auxiliares emergentes que podem um dia ajudar pessoas com lesões cerebrais ou medulares a se moverem ou se comunicarem. Os sistemas de BCIs dependem de sensores implantáveis ​​que gravam sinais elétricos no cérebro e usam esses sinais para acionar dispositivos externos como computadores ou próteses robóticas.

A maioria dos sistemas BCIs atuais usa um ou dois sensores para amostrar até algumas centenas de neurônios, mas os neurocientistas estão interessados ​​em sistemas que sejam capazes de coletar dados de grupos muito maiores de células cerebrais.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores deu um passo importante em direção a um novo conceito de BCI – uma interface que emprega uma rede coordenada de sensores neurais independentes em microescala sem fio, cada um do tamanho de um grão de sal, para registrar e estimular a atividade cérebro. Os sensores, chamados de neurograins, gravam de forma independente os pulsos elétricos de neurônios e enviam os sinais sem fio para um hub central, que coordena e processa os sinais.

Em um estudo publicado recentemente na revista científica Nature Electronics, a equipe de pesquisa demonstrou o uso de quase 50 desses neurograins autônomos para registrar a atividade neural em um roedor.

Os resultados, dizem os pesquisadores, são um passo em direção a um sistema que poderá um dia permitir o registro de sinais cerebrais com detalhes sem precedentes, levando a novos insights sobre como o cérebro funciona e novas terapias para pessoas com lesões cerebrais ou medulares.

“Um dos grandes desafios no campo das interfaces cérebro-computador é a engenharia de formas de sondar o máximo possível de pontos no cérebro”, disse o Dr. Arto Nurmikko, professor da Escola de Engenharia da Universidade Brown, nos Estados Unidos, e autor sênior do estudo. “Até agora, a maioria das BCIs eram dispositivos monolíticos – um pouco como pequenas camas de agulhas. A ideia da nossa equipe era quebrar esse monólito em sensores minúsculos que poderiam ser distribuídos por todo o córtex cerebral. Isso é o que pudemos demonstrar aqui”, destacou o pesquisador.

A equipe, que inclui especialistas da Universidade Brown, Universidade Baylor, Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) e da Qualcomm, começou o trabalho de desenvolvimento do sistema há cerca de quatro anos. O desafio era duplo, disse o Dr. Nurmikko, que é afiliado ao Carney Institute for Brain Science da Universidade Brown. A primeira parte exigia o encolhimento da eletrônica complexa envolvida na detecção, amplificação e transmissão de sinais neurais para os minúsculos chips de neurograin de silício. A equipe primeiro projetou e simulou a eletrônica em um computador e passou por várias iterações de fabricação para desenvolver chips operacionais.

O segundo desafio foi desenvolver o hub de comunicação externa do corpo que recebe sinais desses minúsculos chips. O dispositivo é fino, do tamanho de uma impressão digital, que se fixa ao couro cabeludo, fora do crânio. Funciona como uma ‘torre de telefone celular em miniatura’, empregando um protocolo de rede para coordenar os sinais dos neurônios, cada um com seu próprio endereço de rede. O patch também fornece energia sem fio para os neurograins, que são projetados para operar usando uma quantidade mínima de eletricidade.

“Este trabalho foi um verdadeiro desafio multidisciplinar”, disse o Dr. Jihun Lee, pesquisador de pós-doutorado na Universidade Brown e principal autor do estudo. “Tivemos que reunir experiência em eletromagnetismo, comunicação de radiofrequência, projeto de circuitos, fabricação e neurociência para projetar e operar o sistema de neurograin.”

O objetivo deste novo estudo era demonstrar que o sistema poderia registrar sinais neurais de um cérebro vivo – neste caso, o cérebro de um roedor. A equipe colocou 48 neurograins no córtex cerebral do animal, a camada externa do cérebro, e registrou com sucesso sinais neurais característicos associados à atividade cerebral espontânea.

A equipe também testou a capacidade dos dispositivos de estimular o cérebro, bem como registrar a partir dele. A estimulação é feita com pequenos pulsos elétricos que podem ativar a atividade neural. A estimulação é conduzida pelo mesmo centro que coordena o registro neural e pode um dia restaurar a função cerebral perdida por doença ou lesão, esperam os pesquisadores.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Brown (em inglês).

Fonte: Kevin Stacey, Universidade Brown. Imagem: Minúsculos chips chamados ‘neurograins’ são capazes de detectar a atividade elétrica no cérebro e transmitir esses dados sem fio. Fonte: Dr. Jihun Lee, Universidade Brown.

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