Implante cerebral traduz os pensamentos de homem paralisado em texto com 94% de precisão

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Chip de implante de interface cérebro-computador. Crédito: BrainGate.

Por Peter Dockrill
Publicado na ScienceAlert

Um homem paralisado do pescoço para baixo devido a uma lesão na medula espinhal que sofreu em 2007 mostrou que pode comunicar seus pensamentos, graças a um sistema de implante cerebral que traduz sua caligrafia imaginada em texto real.

O dispositivo – parte de uma pesquisa colaborativa de longa data chamada BrainGate – é uma interface cérebro-computador (ICC), que usa inteligência artificial (IA) para interpretar sinais de atividade neural gerados durante a escrita.

Nesse caso, o homem – chamado de T5 no estudo, e que tinha 65 anos de idade na época da pesquisa – não estava escrevendo de fato, pois sua mão, junto com todos os membros, estava paralisada por vários anos.

No entanto, durante o experimento, relatado na Nature no início do ano, o homem se concentrou como se estivesse escrevendo – efetivamente, pensando em fazer as letras com uma caneta e papel imaginários.

Enquanto ele fazia isso, eletrodos implantados em seu córtex motor registravam sinais de sua atividade cerebral, que eram então interpretados por algoritmos executados em um computador externo, decodificando as trajetórias imaginárias da caneta do T5, que traçavam mentalmente as 26 letras do alfabeto e alguns sinais básicos de pontuação.

“Este novo sistema usa a rica atividade neural registrada por eletrodos intracorticais e o poder dos modelos de linguagem que, quando aplicados às letras decodificadas neuralmente, podem criar um texto rápido e preciso”, disse o autor principal do estudo, Frank Willett, um especialista em próteses neurais e pesquisador da Universidade Stanford.

Sistemas semelhantes desenvolvidos como parte do BrainGate têm transcrito a atividade neural em texto há vários anos, mas muitas interfaces anteriores se concentraram em diferentes metáforas cerebrais para denotar quais caracteres escrever – como o método de apontar e clicar com um cursor de computador controlado por a mente.

Não se sabia, no entanto, quão bem as representações neurais da caligrafia – uma habilidade motora mais rápida e hábil – podem ser retidas no cérebro, nem quão bem elas podem ser aproveitadas para se comunicar com uma interface cérebro-computador, ou ICC.

Aqui, o T5 mostrou quão promissor um sistema de escrita à mão virtual pode oferecer para pessoas que perderam praticamente todos os movimentos físicos independentes.

Um diagrama de como o sistema funciona. Créditos: F. Willett et al., Nature, 2021.

Nos testes, o homem foi capaz de atingir velocidades de escrita de 90 caracteres por minuto (cerca de 18 palavras por minuto), com aproximadamente 94% de precisão (e até 99% de precisão com a correção automática habilitada).

Não só essa taxa é significativamente mais rápida do que os experimentos de ICC anteriores (usando coisas como teclados virtuais), mas está quase no mesmo nível da velocidade de digitação dos usuários de smartphones na faixa etária do homem – que é cerca de 115 caracteres ou 23 palavras por minuto, disseram os pesquisadores.

“Aprendemos que o cérebro retém sua capacidade de prescrever movimentos delicados uma década inteira depois que o corpo perdeu sua capacidade de executar esses movimentos”, disse Willett. “E aprendemos que movimentos pretendidos complicados envolvendo mudanças de velocidade e trajetórias curvas, como caligrafia, podem ser interpretados mais facilmente e mais rapidamente pelos algoritmos de inteligência artificial que estamos usando do que movimentos planejados mais simples, como mover um cursor em um percurso reto numa velocidade constante”.

Basicamente, os pesquisadores dizem que as letras do alfabeto são muito diferentes entre si na forma, então a IA pode decodificar a intenção do usuário mais rapidamente conforme os caracteres são desenhados, em comparação com outros sistemas de ICC que não fazem uso de dezenas de entradas diferentes do mesmo jeito.

A caligrafia imaginada do homem, conforme interpretada pelo sistema. Tradução: vírgula (comma), apóstrofo (apostrophe) e til (tilde). Crédito: Frank Willett.

Apesar do potencial desta tecnologia inédita, os pesquisadores enfatizam que o sistema atual é apenas uma prova de conceito até agora, tendo funcionado apenas com um participante, então definitivamente não é um produto completo e clinicamente viável ainda.

As próximas etapas da pesquisa podem incluir o treinamento de outras pessoas para usar a interface, expandindo o conjunto de caracteres para incluir mais símbolos (como letras maiúsculas), refinando a sensibilidade do sistema e adicionando ferramentas de edição mais sofisticadas para o usuário.

Ainda há muito trabalho a ser feito, mas poderíamos estar diante de um novo desenvolvimento empolgante aqui, dando a capacidade de nos comunicarmos com pessoas que perderam habilidades comunicativas.

“Nossos resultados abrem uma nova abordagem para ICCs e demonstram a viabilidade de decodificar com precisão movimentos rápidos e hábeis anos após a paralisia”, escreveram os pesquisadores. “Acreditamos que o futuro das ICCs intracorticais é brilhante”.

Os resultados são relatados na Nature.