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Interface cérebro-máquina controla próteses sem esforço

Sistema compartilhado permite expandir ordens mínimas do cérebro a próteses biônicas, usadas por paciente para comer com garfo e faca

28/06/2022 às 11:05

A interface cérebro-máquina é uma técnica que permite ligar sistemas computadorizados à rede neural, de modo a permitir que uma pessoa possa controlar outros dispositivos apenas com o poder da mente. As pesquisas ainda estão em sua infância, mas já permitem pacientes paralisados, ou amputados, recuperarem um pouco de sua autonomia, ou se comunicar mesmo estando inteiramente paralisados.

Um dos desafios da técnica, entretanto, é reduzir o estresse do usuário ao manusear braços mecânicos, no que uma pesquisa recente apontou um caminho alternativo: o paciente não precisa controlar tudo, se você deixar parte das decisões a cargo de um sistema de tomada de decisões.

Robert "Buz" Chmielewski controla os braços mecânicos para comer sozinho (Crédito: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins School of Medicine) / cérebro

Robert "Buz" Chmielewski controla os braços mecânicos para comer sozinho (Crédito: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins School of Medicine)

O artigo (cuidado, PDF) publicado na Frontiers in Neurorobotics foi liderado por pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, no que um paciente tetraplégico com mínimos movimentos e sensibilidade em ambos os braços, conseguiu manusear um par de próteses biônicas e se alimentar, usando garfo e faca. O mais importante, com um mínimo de esforço por parte do processo de pensamento.

Considere que sabemos bem pouco como o cérebro funciona, ainda não temos certeza de como a consciência se forma, já controle motor é um campo muito estudado e foi devidamente destrinchado pela comunidade científica. O problema, se é que podemos chamar assim, está no fato de que o paciente, quando ligado a uma interface cérebro-máquina "tradicional", é responsável por controlar todos os movimentos das próteses, como se fossem seus próprios braços.

A diferença está no fato de que quando movemos um braço ou uma perna, nós não pensamos ativamente em fazê-lo. Em alguns casos isolados, o cérebro consegue fazer outsourcing enquanto cuida de outras coisas, e em outros, decide que a consciência é desnecessária, desliga você e liga o piloto automático.

Em 2012, Jan Scheuermann, tetraplégica, usou interface cérebro-máquina para controlar um braço mecânico e comer chocolate por conta própria (Crédito: University of Pittsburgh Medical Center)

Em 2012, Jan Scheuermann, tetraplégica, usou interface cérebro-máquina para controlar um braço mecânico e comer chocolate por conta própria (Crédito: University of Pittsburgh Medical Center)

Para controlar uma prótese externa, a coisa muda totalmente. O indivíduo precisa dar comandos precisos para mover braços mecânicos da maneira que deseja, um processo menos que natural, e exige tanto treino quanto paciência.

Um descanso para o cérebro

É nesse ponto que a pesquisa recente se foca. Os pesquisadores usaram um sistema especialista de controle compartilhado, capaz de captar os inputs mínimos do usuário e expandir seus graus de liberdade de movimentos, para que o processo de mover os apêndices externos seja menos cansativo.

O artigo descreve o uso de uma interface cérebro-máquina para o controle simultâneo de dois braços biônicos, ligados ao córtex motor do paciente, Robert "Buz" Chmielewski, tetraplégico há mais de 30 anos, possui apenas 4 graus de liberdade nos braços, 2 em cada. Ele fez movimentos mínimos para dar ordens às próteses, estas capazes de expandir os 4 graus para 12, de modo que ele pôde usar um garfo e uma faca para cortar uma sobremesa e comer.

O processo todo para "Buz" mover os braços e se alimentar sozinho levou 90 segundos, segundo os pesquisadores. Um índice excelente, dadas as condições.

Paciente controla braços biônicos usando sistema compartilhado, e consegue comer sobremesa por conta própria (Crédito: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins School of Medicine)

Paciente controla braços biônicos usando sistema compartilhado, e consegue comer sobremesa por conta própria (Crédito: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins School of Medicine)

Diagrama de funcionamento do sistema de controle compartilhado (Crédito: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins School of Medicine)

Diagrama de funcionamento do sistema de controle compartilhado (Crédito: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins School of Medicine)

A pesquisa ainda está bem no início, mas é promissora. Os pesquisadores já consideram melhorias para o sistema, por exemplo, melhorar a precisão para que ele não dependa de confirmação visual, adicionando feedback tátil, em que o paciente sente fisicamente o manuseio dos braços mecânicos.

A longo prazo, um sistema compartilhado poderá habilitar a realização de movimentos realmente complexos, sem que o indivíduo tenha que forçar a mente para isso.

Referências bibliográficas

HANDELMAN, D. A. et al. Shared Control of Bimanual Robotic Limbs With a Brain-Machine Interface for Self-Feeding. Frontiers in Neurorobotics (2022), Volume 16, 10 páginas, 28 de junho de 2022. Disponível aqui.

Fonte: Johns Hopkins University

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