Implante usa sinais cerebrais para decodificar o que as pessoas estão tentando dizer

NA, 07/11/2023 

Por Paul McClure 

Os pesquisadores desenvolveram um sensor de alta resolução que registra sinais cerebrais para decodificar o que as pessoas estão tentando dizer. Embora ainda seja cedo, o dispositivo pode fornecer às pessoas que perderam a fala devido a doenças neurodegenerativas a capacidade de se comunicar.

Perder a capacidade de se comunicar pode ser um efeito secundário de doenças neurodegenerativas debilitantes como a esclerose lateral amiotrófica (ELA), onde a função cognitiva é preservada, mas os músculos que controlam a fala tornam-se fracos e tensos. Uma solução para restaurar a comunicação é decodificar sinais diretamente do córtex motor do cérebro, o que desencadeia movimentos musculares em uma ordem específica para produzir sons diferentes.

Pesquisadores da Universidade Duke, nos EUA, desenvolveram um implante cerebral que usa gravações neurais de alta resolução para decodificar os sinais cerebrais de uma pessoa, traduzindo-os no que ela está tentando dizer.

“Há muitos pacientes que sofrem de distúrbios motores debilitantes, como ELA (esclerose lateral amiotrófica) ou síndrome de encarceramento, que podem prejudicar a sua capacidade de falar”, disse Gregory Cogan, um dos autores correspondentes do estudo. “Mas as ferramentas atuais disponíveis para permitir a comunicação são geralmente muito lentas e complicadas.”

Atualmente, a melhor taxa de decodificação de fala é de cerca de 78 palavras por minuto, enquanto falamos em torno de 150 palavras por minuto. O atraso é geralmente atribuído ao número de sensores de atividade cerebral utilizados; menos sensores significam menos informações decifráveis ​​para decodificar.

Para melhorar os dispositivos existentes, os pesquisadores colocaram 256 sensores cerebrais microscópicos em um pedaço de plástico flexível de uso médico, do tamanho de um selo postal, o que significa que o dispositivo foi capaz de obter sinais neurais de maior qualidade com maior resolução espacial. Apesar de sua proximidade, os neurônios separados por apenas mícrons podem ter padrões de atividade muito diferentes ao coordenar a fala. Fazer previsões precisas sobre o que alguém pretende dizer requer distinguir sinais de células cerebrais vizinhas.

O implante então precisou ser testado. Os pesquisadores recrutaram quatro pacientes que já estavam sendo submetidos a uma cirurgia cerebral para tratar a doença de Parkinson, ou para remover um tumor e interromperam a cirurgia – brevemente – para usar o implante neles.

“Gosto de compará-lo a uma equipe de box da NASCAR”, disse Cogan. “Não queríamos acrescentar nenhum tempo extra ao procedimento operacional, por isso tínhamos que entrar e sair em 15 minutos. Assim que o cirurgião e a equipe médica disseram 'Vá!' corremos para a ação e o paciente executou a tarefa.”

A tarefa era simples. Os participantes ouviram uma série de palavras sem sentido como “ava”, “kug” ou “vip” e falaram cada uma delas em voz alta. O implante registrou a atividade no córtex motor do paciente, coordenando quase 100 músculos que movem os lábios, a língua, a mandíbula e a caixa vocal (laringe). Os dados foram então inseridos em um algoritmo de aprendizado de máquina para ver com que precisão ele poderia prever o som produzido, com base apenas nas gravações da atividade cerebral.

Para alguns sons e participantes, como “g” na palavra “gak”, o decodificador acertou 84% das vezes quando era o primeiro som em uma sequência de três que compunha uma determinada palavra sem sentido. A precisão caiu à medida que o decodificador analisava os sons no meio ou no final da palavra e se esforçava para descobrir se dois sons eram semelhantes, como “p” e “b”.

No geral, o decodificador foi preciso em 40% das vezes. Embora não pareça particularmente impressionante, os pesquisadores observam que o algoritmo usou apenas 90 segundos de dados falados obtidos durante o teste de 15 minutos.

Os pesquisadores continuarão a melhorar a precisão e a velocidade de decodificação do dispositivo, e estão usando uma bolsa do National Institutes of Health (NIH) para trabalhar em uma versão sem fio.

“Estamos agora desenvolvendo o mesmo tipo de dispositivos de gravação, mas sem fios”, disse Cogan. “Você seria capaz de se movimentar e não teria que ficar preso a uma tomada elétrica, o que é realmente emocionante.”

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Fonte:https://newatlas.com/science/brain-implant-signals-decode-speech/