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Dr. Jaime Henderson teve um desejo durante toda a infância: que seu pai conversasse com ele. Agora cientista e neurocirurgião da Stanford Medicine, Henderson e seus colegas estão desenvolvendo implantes cerebrais que podem satisfazer desejos semelhantes em outras pessoas com derrames ou deficiências de fala.
Dois estudos publicados quarta-feira na revista Nature mostram como os implantes cerebrais, descritos como neuropróteses, podem registar a atividade cerebral enquanto tentam falar naturalmente. Até se comunicou usando um avatar animado.
“Quando eu tinha 5 anos, meu pai sofreu um acidente de carro devastador que o deixou incapaz de se mover ou falar. Lembro-me de rir das piadas que ele tentava contar, mas sua fala era tão fraca que não conseguíamos entender o desfecho”, Henderson, autor do estudo e professor da Universidade de Stanford, em entrevista coletiva.
“Então, eu queria conhecê-lo e me conectar com ele”, disse ele. “Acho que essa experiência inicial despertou meu interesse pessoal em compreender como o cérebro produz movimento e fala.”
Henderson e seus colegas de Stanford e de outras instituições dos EUA estudaram o uso de sensores cerebrais implantados em Pat Bennett, de 68 anos. Ele foi diagnosticado com esclerose lateral amiotrófica em 2012 e isso afetou sua fala.
Bennett conseguia fazer alguns movimentos faciais e vocalizações limitados, mas não conseguia produzir uma fala clara devido à ELA, uma doença neurológica rara que afeta as células nervosas do cérebro e da medula espinhal, escreveram os pesquisadores em seu estudo.
Em março de 2022, Henderson foi submetido a uma cirurgia para implantar conjuntos de eletrodos em duas áreas do cérebro de Bennett. Enquanto Bennett tentava fazer movimentos faciais, emitir sons ou falar palavras isoladas, os implantes registravam a atividade neural.
As matrizes foram presas a fios que saíam do crânio e conectados a um computador. O software decodifica a atividade neural e converte a atividade em palavras exibidas na tela do computador em tempo real. Quando Bennett terminou de falar, ela apertou um botão para completar a decodificação.
Os pesquisadores avaliaram essa interface cérebro-computador fazendo com que Bennett tentasse falar com vocalizações e usando apenas palavras “bocais” sem as vocalizações.
Com um vocabulário de 50 palavras, os pesquisadores descobriram que a taxa de erros de decodificação era de 9,1% em dias com a voz de Bennett e de 11,2% em dias tranquilos. Ao usar um vocabulário de 125.000 palavras, a taxa de erro de palavras foi de 23,8% em todos os dias de voz e 24,7% em dias de silêncio.
“Em nosso trabalho, mostramos que as tentativas de fala podem ser compreendidas com uma taxa de erro de palavras de 23% ao usar 125.000 palavras possíveis. Isso significa que três em cada quatro palavras são compreendidas corretamente”, disse o autor do estudo, Frank Willett, cientista da equipe do Howard. O Hughes Medical Institute, afiliado ao Laboratório Translacional de Próteses Neurais, informou em um comunicado à imprensa.
“Com esses novos estudos, podemos agora imaginar um futuro onde alguém com um acidente vascular cerebral poderá recuperar a fluência na conversação e dizer o que quiser com precisão suficiente para ser compreendido de forma confiável”, disse ele.
Os pesquisadores afirmam que a decodificação aconteceu em alta velocidade. Bennett falava a uma velocidade média de 62 palavras por minuto, “três vezes a velocidade” das interfaces cérebro-computador anteriores, que eram de 18 palavras por minuto para modelos de escrita manual.
“Esses primeiros resultados comprovam o conceito e, em última análise, as pessoas que não conseguem falar vão gostar que a tecnologia seja mais acessível”, escreveu Bennett. Um comunicado de imprensa. “Para as pessoas não-verbais, elas podem permanecer conectadas ao mundo em geral, talvez continuar a trabalhar e manter amigos e relacionamentos familiares”.
No entanto, por enquanto, os investigadores escreveram que as suas descobertas são uma “prova de conceito” de que a descodificação de movimentos da fala com um vocabulário grande é possível, mas precisa de ser testada em mais pessoas antes de poder ser considerada para uso clínico.
“Estes são estudos muito iniciais”, disse Willett. “Não temos um enorme banco de dados de dados de outras pessoas.”
Outro estudo publicado na quarta-feira descobriu que Ann Johnson, que sofreu um derrame em 2005, quando tinha 30 anos, não conseguia falar claramente devido à paralisia. Em setembro de 2022, um eletrodo foi implantado em seu cérebro no UCSF Medical Center em São Francisco sem complicações cirúrgicas.
O implante registrou a atividade neural, que foi decodificada como texto em uma tela. Os pesquisadores escreveram no estudo que encontraram “decodificação precisa e rápida de vocabulário grande”, com uma taxa média de 78 palavras por minuto e uma taxa média de erro de palavras de 25%.
Separadamente, quando Johnson tentou falar silenciosamente, sua atividade neural foi integrada aos sons da fala. Os pesquisadores também criaram uma animação de um avatar facial com base nas tentativas de movimentos faciais do paciente, combinadas com fala sintetizada.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, de São Francisco e de outras instituições nos Estados Unidos e nos Estados Unidos, “A comunicação rápida, mais precisa e natural é uma das necessidades mais desejadas das pessoas que perderam a capacidade de falar após um acidente vascular cerebral grave. Kingdom, escreveu em seu estudo: “Para atender a todas essas necessidades com um neurossistema de fala. Demonstramos aqui que é possível decodificar a atividade cortical articulatória em vários modos de saída em tempo real.”
Dois novos estudos de implantes cerebrais são “consistentes” em suas descobertas e têm um “objetivo de longo prazo” de restaurar a comunicação para vítimas de derrame, disse o autor do estudo, Dr. Edward Chang, neurocirurgião da UC San Francisco. Explicação.
“Os resultados dos dois estudos – entre 60 e 70 palavras por minuto em ambos – são um verdadeiro marco na nossa área em geral, e estamos muito entusiasmados porque se trata de dois pacientes diferentes, de dois centros diferentes. Duas abordagens diferentes, ” Chang disse. “A mensagem mais importante é que há esperança de que continuará a ser desenvolvido e fornecerá uma solução nos próximos anos”.
Embora os dispositivos descritos nos dois novos artigos estejam a ser estudados como provas de conceitos – atualmente não disponíveis comercialmente – eles poderão abrir caminho para a ciência futura e para futuros dispositivos comerciais.
“Estou muito entusiasmado com a atividade comercial na área de interface cérebro-computador”, disse Henderson. “Fechei o círculo desde o desejo de me conectar com meu pai quando criança até ver isso realmente funcionar.
