Implante cerebral é capaz de traduzir impulsos cerebrais em voz

Por meio do implante de eletrodos no cérebro de uma pessoa com a síndrome de locked-in, cientistas demonstraram como transmitir, por ondas de rádio, sinais neurais para um sintetizador de voz. O processo de "pensamento-para-fala" ("thoght-to-speech") leva cerca de 50 milissegundos - o mesmo tempo que leva para uma pessoa não-paralisada, neurologicamente intacta, vocalizar seus pensamentos. O estudo é um marco da primeira demonstração bem sucedida de um implante "sem fio" permanentemente instalado, para controle em tempo-real de um dispositivo externo.

O estudo foi liderado por Frank Guenter do Departamento de Sistemas Cognitivos e Neurais do Colégio Sargent de Saúde e Reabilitação na Universidade de Boston, assim como a Divisão de Ciências e Tecnologia da Saúde de Harvard. O grupo de pesquisa inclui colaboradores da Neural Signals, Inc., StatsANC LLC (Buenos Aires), Georgia Tech Research Institute, Gwinnett Medical Center e Emory University Hospital. Seus resultados foram publicados na PLoS ONE.

Em seu estudo, os pesquisadores testaram a tecnologia em um rapaz de 26 anos de idade que sofreu um derrame cerebral no tronco cerebral aos 16 anos. O derrame causou uma lesão entre os neurônios motores, enquanto que suas atividades consciente e cognitiva continuaram intactas. Ele ficou paralisado exceto por lentos movimentos verticais dos olhos.
Em 2004 os cientistas implantaram eletrodos próximos ao limite entre as regiões do córtex pré-motor e do córtex motor responsáveis pela fala. Neuritos começaram a crescer nos eletrodos e, três ou quatro meses depois, os neuritos produziam padrões de sinais sobre os eletrodos que se mantiveram indefinidamente.
Três anos após o implante, os pesquisadores começaram a testar a interface cérebro-máquina para síntese da produção da fala em tempo real. O sistema é "telemétrico" - dispensa fios ou conexões passando através da pele, diminuindo o risco de complicações. Ao invés de fios, os eletrodos convertem e amplificam os sinais neurais em sinais de rádio FM. Estes sinais são transmitidos pelo ar, através do escalpo, para duas bobinas anexadas à cabeça do voluntário por meio de uma pasta hidrossolúvel. As bobinas agem como receptores para os sinais RF. Os eletrodos são energizados por indução.
Os sinais são recebidos por um sistema de gravação eletrofisiológico que os digitaliza e os organiza. Os spikes selecionados, que contém dados relevantes, são enviados para um decodificador neural que roda em um computador de mesa. O output do decodificador neural se torna o input de um sintetizador de voz, também sendo executado em um computador. Finalmente, o sintetizador de voz gera a fala artificial. Todo o processo demora em média 50 milissegundos.
Até o final de 2009, apenas três vogais haviam sido testadas. Os cientistas pretendem, no futuro, elaborar implantes mais complexos, que permitam que 10 vezes mais neurônios sejam conectados, o que deverá permitir um incremento significativo nos resultados.

Fonte: Physorg.com 21, dez., 2009
Pub.: Guenther FH, Brumberg JS, Wright EJ, Nieto-Castanon A, Tourville JA, et al. (2009) A Wireless Brain-Machine Interface for Real-Time Speech Synthesis. PLoS ONE 4(12): e8218. doi:10.1371/journal.pone.0008218

A notícia acima, para a qual só tive acesso dois meses após a publicação, me deixou inicialmente surpreso! Parecia algo incrível uma máquina que fizesse a transdução dos sinais neurais das áreas da linguagem. Porém, o fato é que a máquina acima descrita provavelmente não interpreta os sinais neurais originais da linguagem do indivíduo na qual é implantada, mas interpreta sinais correlacionados emitidos pela massa que se cria sobre o implante.
No DailyMail encontramos alguns detalhes extra sobre o experimento: "Quando o paciente era requisitado a pensar diferentes sons de vogais, os eletrodos tratavam de amplificar e converter estes 'pensamentos' em sinais de ondas de rádio FM." Entendi que o implante não traduz os impulsos neurais da fala propriamente ditos, mas correlatos destes que ocorrem na massa que se forma no implante.
De qualquer forma, é avanço muito engenhoso e verdadeiramente incrível.