MaisConhecer - Cientistas desenvolvem interface que 'lê' pensamentos de pacientes com problemas de fala

Cientistas desenvolvem interface que 'lê' pensamentos de pacientes com problemas de fala

Um novo dispositivo pode ajudar a decodificar a fala interior de pacientes com paralisia, mas somente sob comando deles, potencialmente restaurando a comunicação rápida.

Erin Kunz, Frank Willett e Benyamin Meschede-Krasa inspecionam um conjunto de microeletrodos. | Jim Gensheimer

O professor assistente de neurocirurgia Frank Willett , PhD, e seus colegas de equipe estão usando interfaces cérebro-computador, ou BCIs, para ajudar pessoas cuja paralisia as torna incapazes de falar claramente.

O córtex motor do cérebro contém regiões que controlam o movimento – incluindo os movimentos musculares que produzem a fala. Uma BCI utiliza minúsculos conjuntos de microeletrodos (cada conjunto é menor que uma aspirina infantil), implantados cirurgicamente na camada superficial do cérebro, para registrar padrões de atividade neural diretamente do cérebro. Esses sinais são então enviados por meio de um cabo conectado a um algoritmo de computador que os traduz em ações como a fala ou o movimento do cursor do computador.

Para decodificar a atividade neural captada pelos conjuntos em palavras que o paciente quer dizer, os pesquisadores usam o aprendizado de máquina para treinar o computador a reconhecer padrões repetíveis de atividade neural associados a cada "fonema" — as menores unidades da fala — e então unir os fonemas em frases.

Willett e seus colegas demonstraram anteriormente que, quando pessoas com paralisia tentam fazer movimentos de fala ou escrita (mesmo que não consigam, porque os músculos da garganta, lábios, língua e bochechas ou as conexões nervosas com eles são muito fracos), uma BCI pode captar os sinais cerebrais resultantes e traduzi-los em palavras com alta precisão.

Recentemente, os cientistas deram outro passo importante: eles investigaram sinais cerebrais relacionados à “fala interior”, ou pensamento silencioso, não proferido, baseado na linguagem.

Willett é o autor sênior, e a pesquisadora de pós-doutorado Erin Kunz, PhD, e o aluno de pós-graduação Benyamin Meschede-Krasa são os coautores principais de um novo estudo sobre essa exploração, publicado em 14 de agosto na Cell. (Pesquisadores da Universidade Emory; do Instituto de Tecnologia da Geórgia; da Universidade da Califórnia, Davis; da Universidade Brown; e da Escola Médica de Harvard também participaram do estudo.)

Willett, codiretor do Laboratório Translacional de Próteses Neurais de Stanford , forneceu informações sobre as descobertas e implicações do estudo.

O que é fala "interior"? E por que um sistema de BCI/decodificação de pensamento que pudesse interpretar com precisão a fala interior seria melhor do que um que decodificasse apenas tentativas de fala?

A fala interior (também chamada de "monólogo interior" ou diálogo interno) é a imaginação da fala em sua mente – imaginar os sons da fala, a sensação de falar, ou ambos. Queríamos saber se uma ICC poderia funcionar com base apenas na atividade neural evocada pela fala imaginada , em oposição a tentativas de produzir a fala fisicamente. Para pessoas com paralisia, tentar falar pode ser lento e fatigante e, se a paralisia for parcial, pode produzir sons que distraem e dificuldades no controle da respiração.

O que você aprendeu com seus esforços para projetar e empregar sistemas de decodificação que pudessem discernir a fala interior?

Estudamos quatro pessoas com deficiências motoras e de fala graves que tiveram matrizes de microeletrodos colocadas em áreas motoras do cérebro. Descobrimos que a fala interna evocava padrões de atividade claros e robustos nessas regiões cerebrais. Esses padrões pareciam ser uma versão semelhante, porém menor, dos padrões de atividade evocados pela tentativa de fala. Descobrimos que conseguíamos decodificar esses sinais com eficiência suficiente para demonstrar uma prova de princípio, embora ainda não tão bem quanto com a tentativa de fala. Isso nos dá esperança de que sistemas futuros possam restaurar a fala fluente, rápida e confortável para pessoas com paralisia apenas por meio da fala interna.

A capacidade potencial do sistema de decodificar com precisão a fala interior silenciosa e não dita levanta questões que não acompanhavam os avanços anteriores na tecnologia de software de BCI/decodificação?

A existência de fala interna em regiões motoras do cérebro levanta a possibilidade de que ela possa "vazar" acidentalmente; em outras palavras, uma ICC pode acabar decodificando algo que o usuário pretendia apenas pensar , e não dizer em voz alta. Embora isso possa causar erros nos sistemas de ICC atuais, projetados para decodificar tentativas de fala, as ICCs ainda não possuem a resolução e a fidelidade necessárias para decodificar com precisão a fala interna rápida e sem restrições, o que provavelmente resultaria apenas em uma saída ilegível. No entanto, estamos abordando proativamente a possibilidade de decodificação acidental da fala interna e encontramos diversas soluções promissoras.

Para pessoas com paralisia, tentar falar pode ser lento e cansativo e, se a paralisia for parcial, pode produzir sons perturbadores e dificuldades no controle da respiração.

Vale ressaltar que os ICCs implantados ainda não são uma tecnologia amplamente disponível e ainda estão nas fases iniciais de pesquisa e testes. Eles também são regulamentados por agências federais e outras para nos ajudar a manter os mais altos padrões de ética médica.

Quais são algumas medidas que podem resolver essa preocupação com a privacidade?

Para BCIs da geração atual, projetadas para decodificar a atividade neural evocada por tentativas de produzir fisicamente a fala, demonstramos em nosso estudo uma nova maneira de treinar a BCI para ignorar a fala interna de forma mais eficaz, evitando que ela seja acidentalmente captada pela BCI. Para BCIs da próxima geração, projetadas para decodificar a fala interna diretamente – o que pode permitir velocidades mais altas e maior conforto – demonstramos um sistema de proteção por senha que impede que qualquer fala interna seja decodificada, a menos que o usuário primeiro imagine a senha (por exemplo, uma frase rara que não seria imaginada acidentalmente, como "Laranja, você está feliz por eu não ter dito banana"). Ambos os métodos foram extremamente eficazes na prevenção do vazamento não intencional de fala interna.

O que nos espera? Quão distante está a concretização prática desta abordagem? Quais são os seus próximos passos?

Hardware aprimorado permitirá o registro de mais neurônios, sendo totalmente implantável e sem fio, aumentando a precisão, a confiabilidade e a facilidade de uso das ICCs. Diversas empresas estão trabalhando na parte de hardware, que esperamos que esteja disponível nos próximos anos. Para melhorar a precisão da decodificação da fala interna, também estamos interessados em explorar regiões do cérebro fora do córtex motor, que podem conter informações de maior fidelidade sobre a fala imaginada – por exemplo, regiões tradicionalmente associadas à linguagem ou à audição.