Interfaces cérebro-máquina: o que são e como funcionam?

Imagine se você pudesse controlar um robô ou jogar um videogame usando apenas a mente. Parece ficção científica, mas é exatamente para isso que as interfaces cérebro-máquina (IMC) já estão sendo usadas. Com aplicações que vão do entretenimento à medicina, os BMIs estão definidos para mudar o mundo da tecnologia como o conhecemos. Mas o que exatamente eles são? E como funcionam?

Este artigo cobrirá tudo sobre as interfaces cérebro-máquina, incluindo exemplos atuais, como funcionam e para que os IMC podem ser usados ​​no futuro.

O que é uma interface cérebro-máquina?

As interfaces cérebro-máquina (IMC), também conhecidas como interfaces cérebro-computador, são dispositivos que unem o cérebro a um dispositivo externo. Eles podem ler a atividade do cérebro humano e comunicar essa informação diretamente a um sistema de computador. Por exemplo, um IMC pode ajudar um paciente a controlar uma prótese robótica. Ou pode permitir que o usuário digite em um processador de texto usando apenas seus pensamentos.

Os IMCs podem ser invasivos ou não invasivos. Um IMC invasivo requer cirurgia e geralmente envolve a colocação de eletrodos diretamente sob o couro cabeludo para comunicar os sinais cerebrais com mais precisão. Por outro lado, os IMC não invasivos são colocados sobre a cabeça sem cirurgia e leem a atividade elétrica do cérebro. A desvantagem é que grande parte dessa atividade é amortecida pelo crânio, de modo que os IMC não invasivos costumam ser menos poderosos.

Como funcionam as interfaces cérebro-máquina?

Quando pensamos, nosso cérebro produz sinais elétricos enviados através das células cerebrais (conhecidas como neurônios). Esses sinais elétricos podem ser captados e interpretados por dispositivos médicos e, de fato, isso tem sido feito há décadas para diagnosticar doenças cerebrais.

Os dois métodos para fazer isso são chamados de eletroencefalografia (EEG) e eletromiografia (EMG). EEG interpreta sinais elétricos do cérebro, enquanto EMG interpreta esses sinais dos músculos.

Para diagnosticar as condições do cérebro, as leituras de EEG e EMG são comparadas à atividade cerebral "normal", com estados de doença produzindo padrões específicos na atividade elétrica do cérebro. Agora, porém, podemos ir ainda mais longe.

Avanços recentes significam que podemos obter mais informações da atividade do cérebro, incluindo estados emocionais, quais movimentos ou ações você está prestes a realizar e até mesmo pensamentos específicos.

Algoritmos de aprendizado de máquina podem determinar como esses estados específicos "parecem" (em termos de sua atividade elétrica). Esses algoritmos recebem faixas de dados de EEG e EMG de experimentos controlados, e padrões na atividade cerebral são descobertos. A atividade cerebral é então monitorada e analisada em tempo real para determinar estados mentais ou ações específicas (como "mover para a esquerda").

Exemplos atuais de IMC

Existem vários exemplos atuais de IMC, muitos dos quais são amplamente diferentes uns dos outros. Como há um potencial enorme para o que é possível com os BMIs, muitos estão sendo projetados simultaneamente em campos completamente diferentes. Alguns IMCs são usados ​​principalmente para fins médicos, para permitir que pessoas com deficiência andem novamente ou para controlar dispositivos sem o uso das mãos. Outros são projetados para atividades de jogos e lazer.

Implantes cocleares

Os implantes cocleares não são o que muitas pessoas considerariam quando os IMC são mencionados, mas na verdade eles são uma das primeiras tecnologias que ligaram o cérebro do usuário a uma máquina. Eles funcionam fornecendo a sensação de som de volta para aqueles que são surdos ou quase surdos. O implante é colocado cirurgicamente sob a pele do usuário, utiliza um microfone para captar o som circundante e, em seguida, aumenta e transmite o som por meio de impulsos elétricos ao cérebro do usuário.

Musa

Musa é uma "faixa de detecção" que pode detectar estados emocionais no usuário. A startup possui programas com foco no bem-estar dos funcionários. O funcionário usa a bandana e pode gerenciar seus níveis de estresse e produtividade com base no feedback da bandana.

Controle de drones

Em 2015, pesquisadores da Universidade da Flórida desenvolveram uma faixa para a cabeça de IMC que permitia ao usuário controlar um drone direcionalmente usando apenas a mente.

Neurável

Em 2017, Neurável lançou um jogo de prova de conceito que era uma sala de fuga controlada pelo IMC. Os jogadores colocaram um fone de ouvido VR e escaparam da sala usando apenas seus pensamentos. Neurable planeja desenvolver produtos que permitem controlar seu smartphone (por exemplo, pular ou pausar músicas) por meio da mente.

Famosa empresa de Elon Musk Neuralink é um exemplo de um IMC invasivo. Usando "fios" implantados cirurgicamente, o Neuralink visa conectar o cérebro a um computador através de meios de largura de banda ultra-alta. O objetivo final do Neuralink é ajudar os humanos a superar os sistemas tradicionais de inteligência artificial. O Neuralink já foi testado (notoriamente) em um paciente de macaco, e o macaco foi capaz de jogar Pong puramente pensando.

Outros exemplos de IMCs atualmente em desenvolvimento incluem Kernel, NextMind, Neurosity e Nectome.

O que o IMC será usado no futuro?

Uma aplicação do IMC é fornecer feedback ao usuário sobre seus estados mentais. Por exemplo, um IMC pode detectar altos níveis de sonolência ou desatenção e fornecer avisos em ambientes de alto risco, como dirigir ou usar máquinas perigosas. O IMC também pode ser usado para regular as emoções ou até mesmo reduzir a dor, o que tem vários usos potenciais para os militares.

IMCs também têm dezenas de aplicações potenciais na medicina. Por exemplo, eles poderiam ser usados ​​para amputados para controlar próteses avançadas ou tratar doenças neurológicas como Alzheimer ou Parkinson.

No espaço do consumidor, os IMCs podem ser usados ​​para uma infinidade de coisas. Os usuários podiam controlar suas casas inteligentes com suas mentes, acendendo e apagando luzes, trocando de canal ou até mesmo gerando listas de reprodução automaticamente com base em seu humor. Sem dúvida, haverá um grande espaço para BMIs em realidade virtual e outros jogos onde o uso de controladores é uma das barreiras finais para a imersão total.

IMC: controle da mente

As interfaces cérebro-máquina, sem dúvida, existirão no futuro, mais ou menos da maneira exata como são representadas nos filmes de ficção científica. Na verdade, muitos já estão disponíveis comercialmente com recursos que podem estender muito o cérebro humano. Um dia, você não precisará mais pressionar botões ou digitar comandos. Você poderá entrar em sua casa, acender e apagar as luzes e jogar em realidade virtual sem usar as mãos.

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