MDN, 15/07/2022
Por Abi Millar
Interfaces cérebro-computador, IoT e IA para impulsionar o avanço de dispositivos de tecnologia assistiva para pacientes com E.L.A.
Pessoas com esclerose lateral amiotrófica (ELA) geralmente enfrentam sérios desafios de comunicação. Uma condição neurodegenerativa, que afeta os neurônios motores no cérebro e na medula espinhal, a ELA causa enfraquecimento muscular progressivo. Nos estágios posteriores da doença, os pacientes lutam para mastigar, engolir, falar e até respirar.
Neste momento, os pacientes precisarão usar dispositivos especiais para ajudá-los com essas funções básicas. Infelizmente, não há cura para a doença, embora as tecnologias assistivas – desde auxílios de mobilidade a dispositivos de comunicação de alta tecnologia – possam contribuir muito para melhorar a qualidade de vida dos pacientes.
Isso se aplica mesmo quando a doença está muito avançada e o paciente está se aproximando de um estado de 'paralisia'. Existem várias tecnologias no mercado destinadas a ajudá-los a tornar seus desejos conhecidos.
“Os pacientes que podem mover os olhos e fixar o olhar podem se beneficiar de um sistema comercial de rastreador ocular”, diz Ujwal Chaudhary, pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Tubingen e diretor administrativo da ALS Voice. “O movimento dos olhos é traduzido em comunicação – por exemplo, o paciente é capaz de selecionar ou não um determinado caractere.”
Infelizmente, a doença pode eventualmente progredir a ponto de os rastreadores oculares não serem mais uma opção. Nesta fase, os pacientes precisarão de uma interface cérebro-computador (BCI), que lhes permite controlar um computador ou outro dispositivo eletrônico por meio de padrões de atividade cerebral.
Apesar de seu potencial de mudança de jogo (situação), os dispositivos BCI no mercado hoje não chegaram ao ponto em que podem 'ler mentes'. Muito parecido com um sistema de rastreador ocular, eles exigem que o usuário selecione cuidadosamente as letras, uma de cada vez.
Dispositivos existentes e futuros
De acordo com o Centro de Inteligência Médica da GlobalData, existem atualmente nove dispositivos no mercado com o objetivo de aumentar a comunicação para pacientes com ELA, bem como outros dispositivos assistivos. Várias empresas – Eyefree Assisting Communication Ltd, Eyetech Digital Systems e Tobii AB – lançaram a tecnologia de rastreamento ocular, permitindo que os usuários se comuniquem por meio de movimentos oculares. Outros, incluindo Cognixion Inc e NeuroChat, desenvolveram BCIs vestíveis (wearables). No caso do sistema NeuroChat, os usuários podem digitar palavras em uma tela usando apenas o 'poder do pensamento'.
Além disso, existem oito dispositivos em vários estágios de desenvolvimento, incluindo BCIs e dispositivos IoT. Isso inclui software baseado em IA, da Aural Analytics Inc, que pode monitorar pacientes com ELA remotamente, e um dispositivo da C Light Technologies que pode medir a atividade cerebral por meio de imagens da retina.
Talvez o mais emocionante, os próximos anos devem significar o surgimento das tecnologias BCI implantáveis. A Universidade de Wisconsin-Madison está desenvolvendo uma interface implantável de microeletrodos cérebro-computador para neuroestimulação, enquanto a Synchron está trabalhando em um dispositivo cerebral implantável chamado Stentrode. Este último consiste em um stent com 12 eletrodos, que pode ser implantado no córtex motor do paciente sem a necessidade de cirurgia cerebral complexa. Está atualmente em ensaios clínicos.
Um avanço na comunicação
Em março deste ano, o Dr. Chaudhary e seus colaboradores relataram o uso bem-sucedido de um BCI implantado em um paciente com síndrome de encarceramento completo. Conforme discutido na revista Nature Communications, esta foi a primeira vez no mundo.
“Realmente no lado do dispositivo implantado, ainda não há nada no mercado”, diz o co-autor do estudo, Dr. Jonas Zimmerman, neurocientista sênior do Wyss Center for Bio and Neuroengineering. “Estamos nesta fase pioneira onde é muito interessante desenvolver dispositivos e trabalhar com os pacientes.”
A equipe, dividida entre a Universidade de Tubingen e o Wyss Center, começou implantando dois conjuntos de microeletrodos intracorticais no córtex motor do paciente. O paciente então aprendeu a usar o neurofeedback auditivo, no qual o padrão de suas ondas cerebrais era "combinado" com um alvo específico. Ele acabou sendo capaz de usar este sistema para selecionar letras e soletrar palavras.
“O paciente deixou de poder usar nosso sistema de rastreamento ocular em dezembro de 2018 e implantamos a tecnologia BCI com sua permissão em março de 2019”, diz Chaudhary. “Durante três meses, todas as nossas tentativas de nos comunicarmos com ele falharam. Em julho, mudamos para o neurofeedback auditivo, que o paciente pôde usar para se comunicar em dois dias”.
Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a facilidade e a velocidade da comunicação. E embora a tecnologia esteja confinada ao laboratório por enquanto, outros ajustes devem torná-la adequada para um ambiente doméstico. A ALS Voice está buscando arrecadar fundos para poder fornecer a tecnologia a mais pacientes.
Os pesquisadores também estão trabalhando em um dispositivo BCI implantável sem fio chamado ABILITY, que se conecta a matrizes de microeletrodos ou grades de eletrodos ECoG. Este dispositivo será capaz de processar sinais de diferentes partes do cérebro, áreas maiores e altamente especializadas, com o objetivo de permitir a decodificação neural da fala. Isso abrirá o caminho para uma comunicação mais natural.
“Não há outro dispositivo no mercado que forneça tantos canais, esse tipo de alta resolução para dados neurais”, diz Zimmerman. “O objetivo é fornecer comunicação para pessoas com capacidade paralisia, e não apenas comunicação binária – pensamos com mais eletrodos, podemos extrair mais informações do cérebro e até decodificar a fala.”
Ao aumentar o alcance do que é possível com um BCI, ele acha que esses tipos de dispositivos podem se tornar atraentes para mais pacientes. Isso inclui aqueles que estão atualmente usando rastreadores oculares, mas acham o processo de seleção de letras binárias muito complicado.
Outra forma de comunicação
A equipe do Dr. Canan Dagdeverin no Massachusetts Institute of Technology (MIT) está adotando uma abordagem diferente para ajudar os pacientes de ELA a se comunicarem. Eles projetaram um dispositivo elástico semelhante à pele que pode ser anexado ao rosto de um paciente. O dispositivo registra movimentos sutis, como uma contração muscular ou um sorriso, antes de enviar as informações para uma unidade de processamento portátil. Uma biblioteca de frases poderia ser criada para corresponder a diferentes padrões de movimento.
“O usuário pode determinar um conjunto de movimentos faciais que gostaria de usar e criar uma biblioteca de movimentos”, diz Dagdeverin, professor assistente do MIT Media Lab. “A criação de tal biblioteca de movimentos permite a expansão de, digamos, 10 movimentos, em centenas ou milhares de mensagens.”
O dispositivo (chamado cFACES) consiste em quatro sensores piezoelétricos, embutidos em um filme de silicone. Mais fino que um fio de cabelo, pode ser facilmente camuflado com maquiagem e custa apenas US$ 10. Em um estudo piloto, o dispositivo alcançou precisão de até 87% ao distinguir entre três movimentos diferentes.
Dagdeverin foi inspirado a desenvolver este dispositivo depois de conhecer o Dr. Stephen Hawking em um jantar da Harvard Society. O famoso físico vivia com uma forma de ELA de progressão lenta e se comunicava por meio de um sensor infravermelho que podia detectar contrações em sua bochecha.
“Dr. Hawking exalava uma presença tão calorosa e paciente com tanto para contar e compartilhar, mas eu senti suas dificuldades– estava demorando muito para ele compor uma frase por meio de seu sistema de computador”, lembra Dagdeverin. “Naquela noite, sentado ao lado dele, decidi projetar e desenvolver uma interface adaptável, que permitiria a ele e a outros como ele compor mensagens sem problemas e, assim, continuar a conversa.”
Os pesquisadores registraram uma patente para a tecnologia e agora procuram obter aprovação regulatória, antes de avançar para o lançamento comercial.
As vantagens e desvantagens
À medida que sua funcionalidade melhora, esses tipos de dispositivos são uma grande promessa para pacientes com ELA e outros que vivem com movimentos limitados.
“Acho que veremos muito mais pacientes com implantes cerebrais e aprenderemos muito com esses pioneiros”, diz Zimmerman. “Isso nos dará mais dados sobre seus cérebros, e poderemos treinar algoritmos sobre isso e ver melhorias na confiabilidade”.
Dito isso, ele adverte contra ficar muito animado com as possibilidades. As tecnologias continuam caras por enquanto – talvez proibitivamente caras fora dos países ricos – e nenhum dos dispositivos que estão sendo desenvolvidos representa uma cura para a ELA.
“Acho perigoso trazer muita esperança para as pessoas agora”, diz ele. “Esses BCI podem fornecer alívio temporário, mas provavelmente temporário à medida que a doença avança. Estou muito otimista com a tecnologia, de que haverá um benefício para as pessoas, mas elas não são uma solução perfeita.”
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