Como Neuroprosthetics irá revolucionar os seres humanos

10 meses ago
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Nós tomamos nossas mãos para concedido. Aristóteles chamou a mão de “a ferramenta das ferramentas”, embora uma mão seja muito mais que um mero apêndice mecânico. Simboliza amizade quando alguém “dá uma mão” e desamparo quando as “mãos estão amarradas”. Usamos para expressar e explicar, acusar, abençoar e amaldiçoar. E ainda assim, nós descaradamente tomamos nossas mãos como garantidas.

É verdade que não sabemos o que temos até acabar. Perder suas mãos é o mais desprezível dos infortúnios. Em 300 aC, um amputado, se for um estóico, abraçou sua miséria, enquanto outros procuraram ajuda de Deus. Hoje, um amputado, se for um estóico, abraça sua miséria, enquanto outros buscam ajuda de neurologistas.

Mão, mulher idosa, rugas, preto e branco

Aristóteles chamou a mão de “ferramenta das ferramentas”. (Crédito da foto: Pixabay)

Neuroprosthetics é exatamente o que parece: neurologistas plantam eletrônica no cérebro de um paciente que permite mover uma prótese, uma parte artificial do corpo, como um membro, apenas pensando sobre a ação. Embora a disciplina esteja em sua infância, temos a certeza de que, sem dúvida, estimulará uma revolução que a natureza jamais poderia ter previsto. No entanto, há uma pegadinha.

Sinal do cérebro para a saída da máquina

Uma mão, quando movida até voluntariamente, parece que se moveu involuntariamente. Enquanto o processo parece instantâneo, na verdade não é: o comando do cérebro leva algum tempo para alcançar os nervos e, portanto, os músculos que eles inervam. Eles são primeiro alimentados à medula espinhal, que os transmite aos galhos e galhos que constituem o seu braço.

Os comandos são elétricos e sua troca incessante pode ser registrada e medida, como qualquer sinal elétrico, como ondas em um osciloscópio. Nós chamamos as ondas que eles fazem ondas cerebrais . No entanto, o que é surpreendente é que o cérebro gera comandos e faz ondas cerebrais mesmo quando não há ninguém para ouvir. Dennis McFarland, pesquisador do Centro Wadsworth do Departamento de Saúde do Estado de Nova York, em Albany, demonstrou que movimentos reais e movimentos imaginários resultam em mudanças semelhantes na atividade cerebral.

ondas cerebrais

Ondas cerebrais. (Crédito da foto: Flickr)

Um EEG, ou eletroencefalograma, é um teste que registra e mede a atividade do sinal cerebral, mesmo em pacientes com paralisia induzida por AVC e ELA ou Esclerose Lateral Amiotrófica – o que afligiu o eminente cosmólogo Stephen Hawking. Esta foi uma descoberta surpreendente e é o princípio de funcionamento da neuroprostética.

Tenha em mente que os sinais cerebrais são essencialmente sinais elétricos. O que Dennis percebeu foi que alguém poderia alimentar esses sinais para as máquinas e movê-las, assim como a pessoa paralisada teria movido seus braços para se mover. Só se fosse assim tão simples. Com uma grade densa de eletrodos presos ao couro cabeludo que puxavam dezenas de longos fios espalhados pelo chão, os sujeitos tinham que treinar arduamente para controlar um cursor virtual exibido na tela do computador.

As neuroprostéticas baseadas no EEG são, sem dúvida, uma conquista notável, mas o que incomoda os neurologistas é que elas não têm resolução. A resolução é a capacidade de distinguir entre objetos. Uma neuroprótese de EEG pode permitir a um amputado controlar toda a mão, mas apenas a mão em sua totalidade, não seus dedos individuais. Copos e ovos de papel não têm chance contra essas mãos binárias, “abertas e fechadas”.

Dennis

A falta embaraçosa de destreza é resultado da distância entre os eletrodos e o córtex: a parte do cérebro que determina nossos movimentos ou funções motoras. Em um neuroprostético baseado em EEG, o eletrodo e o córtex são separados pela primeira pele, depois pelo osso e, depois, pelos tecidos e membranas. Os sinais então recebidos pelos eletrodos não são muito ricos. Esse obstáculo restringe a neuroprostética baseada no EEG ao que se pode considerar como tarefas “mais simples”, como a seleção de alfabetos para dispositivos de comunicação.

Para obter sinais mais ricos, os eletrodos devem ser plantados muito mais profundamente ou mais próximos do córtex. Isto é conseguido por eletrocorticografia (ECoG). ECoG supera as limitações do EEG, medindo a atividade cerebral a partir da superfície do córtex. Para implementar isso, os eletrodos são implantados cirurgicamente.

O ECoG é eficaz na medida em que os indivíduos adquirem o controle do cursor virtual em meros minutos! O resultado reflete um aumento surpreendente na resolução. Esse aumento torna, digamos, a mão artificial mais ágil, mas não tão hábil quanto uma mão natural: embora, em virtude da tecnologia elaborada, a mão possa segurar copos de papel e ovos, ela ainda não pode operar na escala de dedos individuais. Para operar na escala dos dedos, devemos, como alguém procurando por pérolas, mergulhar ainda mais fundo e obter os   sinais mais ricos . No entanto, quando você vai tão fundo, as coisas ficam assustadoras.

Eletrodos cerebrais do braço protético

Um soldado tentando um braço protético. (Crédito da Imagem: Exército)

A pegada

Se alguém com um braço artificial fosse vendado e solicitado a diferenciar com o braço entre borracha e madeira, ela seria capaz de fazê-lo? Hoje é altamente improvável. A tecnologia predominante é unidirecional: os sinais fluem do cérebro para o braço, no entanto, não do braço e de volta ao cérebro. A ausência de feedback torna o amputado desprovido de sensação.

Mais uma vez nos encontramos tomando nossas mãos para concedido. Pessoas assistidas por neuroprosthetics desejam sensação. Eles são privados de textura, temperatura, vibração, dor, forma e todas as outras sensações a que prestamos atenção apenas quando um escritor convincente nos pede. Eles estão cheios de arrebatamento mesmo com o pensamento de recuperar, nem mesmo toda a gama, mas talvez a menor parcela. A falta de feedback também prejudica a utilidade: faz movimentos e agarramentos desajeitados e ineficientes. É a falta de sensação de que, apesar da utilidade óbvia de uma prótese, como um gancho de pirata apenas mais sofisticado, nunca será percebido como “natural”.

As sensações são tão importantes porque moldam a percepção. A esse respeito, os neuroprostéticos acarretam e nos apresentam uma variedade de enigmas: poderia um olho protético desencadear em uma pessoa cega as mesmas nuances de imagens que um pôr do sol desencadeou em John Cheever? Poderia o espectador também ver “ouro, latão, caldeirões, listras de amarelo limão e depois, inesperadamente, um campo de rosas”? No entanto, uma tecnologia tão desconcertante e revolucionária também abre o caminho para as fantasias distópicas: os pais poderiam, no futuro, controlar, controlar e direcionar os pensamentos de seus filhos que foram implantados com eletrodos no nascimento, como quiserem? Poderiam os governadores fazer o mesmo com os governados?

locomoção humana

Obter o sinal mais rico pode ter o efeito fortuito de reviver sensações. Para obtê-los, devemos medir os sinais na escala de  nêutrons individuais  . O problema é que os neurônios estão tão inextricavelmente entrelaçados que estimular um deles indiscriminadamente perturba os outros ao seu lado. A incerteza é então inevitável: o pensamento de mover um dedo moverá outro sem querer. Mesmo o alfinete mais fino e mais afiado do universo não pode alcançar isto: há mais conexões neuronais em um centímetro cúbico de nosso cérebro do que há estrelas em nossa galáxia. Atualmente acreditamos que é essa complexidade inescrutável que é responsável pela consciência, pelo que os neurologistas chamam de qualia : a “experiência” de seduzir o vermelho ou o chato. cinzento.

Na medida em que as tecnologias estão atualmente diminuindo, não se deve ficar surpreso se os engenheiros constroem um processador pequeno o suficiente para estimular, se não um único neurônio, pelo menos um pedaço de neurônios. No entanto, isso tem suas próprias desvantagens e vantagens. O sistema imunológico desaprova a introdução de objetos estranhos em nosso corpo. Quando os eletrodos são plantados por períodos prolongados, sua condutividade diminui gradualmente à medida que suas interfaces se tornam marcadas. Os eletrodos isolados fazem medições insatisfatórias. É nesse ponto que os neuroprostéticos trazem numerosas disciplinas sob o mesmo guarda-chuva: além de neurocientistas, cientistas da computação e engenheiros eletrônicos, os engenheiros de materiais agora buscam desenvolver novos substratos que possam ser imunes à corrosão.

O desenvolvimento de tal substrato será uma bênção para pessoas que sofrem de lesões na medula espinhal. Esta é a principal vantagem de estimular os neurônios. Com a rede rodoviária e rodoviária agora irremediavelmente danificada, as sensações podem diretamente “teletransportar” para seus destinos. A estimulação direta dos neurônios torna a medula espinhal redundante. Naturalmente, isso é extremamente difícil, mas há uma saída. Ou encontramos os sinais necessários ou reaprendemos como nos sentimos.

papel de parede neurônio

Existem mais conexões neuronais em um centímetro cúbico do nosso cérebro do que estrelas na nossa galáxia.

Em um estudo conduzido por Sliman Bensmaia, um neurocientista da Universidade de Chicago, os pesquisadores repetidamente cutucavam os macacos em duas partes e treinavam os primatas para mover os olhos para a esquerda ou para a direita, dependendo se a segunda cutucada era feita para a esquerda ou para a direita. à direita do primeiro. Os pesquisadores então plantaram eletrodos nos cérebros dos macacos e determinaram as partes de seus cérebros que foram estimulados enquanto eles perfuravam os diferentes pontos.

Depois de mapear com sucesso as partes, os pesquisadores estimularam os neurônios a ocupar essas partes passando uma corrente através dos eletrodos. Surpreendentemente, e ainda sem surpresa, isso simulou uma cutucada. E sim, em resposta, os macacos moveram os olhos como se suas mãos tivessem sido cutucadas! Bensmaia relatou os resultados no encontro de 2012 da Society for Neuroscience em Nova Orleans, Louisiana.

Tal teste foi realizado apenas em macacos. Na verdade, os macacos foram treinados para jogar videogames simplesmente pensando nas ações envolvidas. Os cérebros humanos são muito mais densos e, portanto, muito mais difíceis de mapear de forma tão escrupulosa, neurônio por neurônio. Hoje, resolução e sensação são compensadas pela tecnologia. Os transdutores mecânicos convertem os sinais de pressão gerados pelos dedos em sinais elétricos, simulando, se não a “experiência”, pelo menos a sensação de toque. Espero que as futuras inovações nos permitam simular a experiência também.

Se circuitos sofisticados pudessem de alguma forma dotar um andróide de empatia também, num futuro próximo, um humano e um humanóide se tornariam indistinguíveis? O que então seria tão especial sobre ser humano?

Se você acha que experiências simuladas por sinais elétricos não são “autênticas”, deixe-me lembrá-lo de que suas experiências ou memórias de, digamos, seu primeiro dia de escola, ou o primeiro dia de escola de seu filho ou seu primeiro amor ou bem, rejeição não são diferentes. As experiências que você aprecia profundamente, os indescritíveis qualia , sua percepção, suas memórias, sua própria identidade podem ser reduzidas a nada mais que uma combinação única de moléculas que interagem incessantemente umas com as outras.

“Essencialmente, todas as experiências da natureza humana já foram produzidas”, diz o cientista e médico Miguel Nicotelis, um pioneiro na codificação de populações neuronais, “das pinturas de homens das cavernas às sinfonias de Mozart e à visão de Einstein do universo, emergindo da mesma fonte: a dinâmica implacável. número de grandes populações de neurônios interconectados ”.

Van Gogh-Starry Night

 noite estrelada de van Gogh também emergiu meramente do incessante número dinâmico de grandes populações de neurônios interconectados. (Crédito da foto: Van Gogh / Wikimedia Commons)

Será que, então, como Gregory House acostumadamente observa, “apenas um saco de produtos químicos?” Isso me lembra um outro dilema: se eu desintegrasse seu corpo em suas moléculas e replicasse em Marte qualquer combinação única que constituísse você , você e sua “réplica” é a mesma pessoa? O processo se sentiria como acordar de um sono longo e profundo? E se é realmente você , em que ponto da integração das moléculas a réplica se tornou você ? Quem seria a réplica antes de se tornar você ? Em que ponto, em seu curto curso, nos perguntamos, será que um sinal elétrico que transita dos nossos órgãos sensoriais para o nosso cérebro se torna uma experiência arrebatadora e inesquecível?

Referências:

  1. Fronteiras
  2. Natureza
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