Enquanto falamos, nossos cérebros coreografam uma intrincada dança de músculos em nossas bocas e gargantas para formar os sons que compõem as palavras. Esse desempenho complexo se reflete nos sinais elétricos enviados aos músculos da fala.
Numa nova descoberta, os cientistas colocaram agora uma enorme variedade de pequenos sensores num espaço não maior do que um selo postal, para ler esta complexa mistura de sinais elétricos, a fim de prever os sons que uma pessoa está a tentar emitir.
A ‘prótese da fala’ abre a porta para um futuro onde as pessoas incapazes de falar devido a condições neurológicas possam comunicar através do pensamento.
Sua reação inicial pode ser presumir que ele lê mentes. Mais precisamente – os sensores detectam quais músculos queremos mover nos lábios, língua, mandíbula e laringe.
“Há muitos pacientes que sofrem de distúrbios motores debilitantes, como ELA (esclerose lateral amiotrófica) ou síndrome de encarceramento, que podem prejudicar sua capacidade de falar”, diz o co-autor sênior, o neurocientista Gregory Cogan, da Duke University.
“Mas as ferramentas atuais disponíveis para permitir a comunicação são geralmente muito lentas e complicadas.”
Tecnologia recente semelhante decodifica a fala em cerca de metade da taxa média de fala. A equipe acredita que sua tecnologia deve melhorar o atraso, pois cabe mais eletrodos em um pequeno conjunto para registrar sinais mais precisos, embora seja necessário trabalhar antes que a prótese de fala possa ser disponibilizada ao público.
“Estamos no ponto em que ainda é muito mais lento do que a fala natural, mas você pode ver a trajetória onde poderá chegar lá”, disse o co-autor sênior e engenheiro biomédico da Duke University, Jonathan Viventi, em setembro.
Os pesquisadores construíram seu conjunto de eletrodos em plástico flexível ultrafino de qualidade médica, com eletrodos espaçados a menos de dois milímetros entre si, que podem detectar sinais específicos mesmo de neurônios extremamente próximos uns dos outros.
Para testar a utilidade dessas gravações cerebrais em microescala para a decodificação da fala, eles implantaram temporariamente seu dispositivo em quatro pacientes sem problemas de fala.
Aproveitando a oportunidade enquanto os pacientes estavam sendo operados – três deles por distúrbios de movimento e um para retirada de tumor – eles tiveram que ser rápidos.
“Gosto de compará-lo a uma equipe de box da NASCAR”, diz Cogan. “Não queremos acrescentar nenhum tempo extra ao procedimento operacional, por isso tivemos que entrar e sair em 15 minutos.
“Assim que o cirurgião e a equipe médica disseram ‘Vai!’ corremos para a ação e o paciente executa a tarefa.”
Enquanto o pequeno conjunto era implantado, a equipe conseguiu registrar a atividade no córtex motor da fala do cérebro, que sinaliza aos músculos da fala enquanto os pacientes repetiam 52 palavras sem sentido. As ‘não-palavras’ incluíam nove fonemas diferentes, as menores unidades de som que criam palavras faladas.
As gravações mostraram que os fonemas provocavam diferentes padrões de disparo de sinais, e eles notaram que esses padrões de disparo ocasionalmente se sobrepunham, mais ou menos como os músicos de uma orquestra misturam suas notas. Isso sugere que nossos cérebros ajustam dinamicamente nossa fala em tempo real à medida que os sons são emitidos.
A engenheira biomédica da Duke University, Suseendrakumar Duraivel, usou um algoritmo de aprendizado de máquina para avaliar as informações registradas e determinar quão bem a atividade cerebral poderia prever a fala futura.
Alguns sons foram previstos com 84% de precisão, especialmente se o som começasse com uma não-palavra, como ‘g’ em gak. A precisão variou e caiu em situações mais complicadas, como para fonemas no meio e no final de não-palavras, e no geral o decodificador teve uma taxa média de precisão de 40%.
Isso se baseia em apenas uma amostra de dados de 90 segundos de cada participante, o que é impressionante considerando que a tecnologia existente precisa de horas de dados para ser decodificada.
Uma subvenção substancial dos Institutos Nacionais de Saúde foi concedida para apoiar futuras pesquisas e aperfeiçoar a tecnologia como resultado deste início promissor.
“Estamos agora desenvolvendo o mesmo tipo de dispositivos de gravação, mas sem fios”, diz Cogan. “Você seria capaz de se movimentar e não teria que ficar preso a uma tomada elétrica, o que é realmente emocionante.”
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
