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Implante cerebral: o hype contra a ciência

A demonstração tão aguardada do Neuralink, na última sexta-feira, deixa mais perguntas do que respostas. Com uma apresentação repleta de promessas e visão, mas poucos dados, o evento cumpriu seu objetivo principal como uma sessão de recrutamento memorável para promover o crescimento da misteriosa empresa de implantes cerebrais.

Lançada há quatro anos com o apoio de Elon Musk, a Neuralink tem trabalhado em interfaces neurais futuristas que escutam perfeitamente os sinais elétricos do cérebro e, ao mesmo tempo, “escrevem” no cérebro com pulsos elétricos. No entanto, mesmo para os padrões do Vale do Silício, a empresa manteve um controle rígido sobre seu progresso, conduzindo internamente todas as manufaturas, pesquisas e testes com animais.

A visão de casar cérebros biológicos com artificiais não é exclusiva do Neuralink. A última década viu uma explosão nas interfaces cérebro-máquina – algumas implantadas no cérebro, outras nos nervos periféricos e algumas que ficam fora do crânio como um capacete. A ideia principal por trás de todas essas engenhocas é simples: o cérebro opera principalmente em sinais elétricos. Se pudermos explorar esses enigmáticos “códigos neurais” – a linguagem interna do cérebro – poderemos nos tornar os arquitetos de nossas próprias mentes.

Ajudar pessoas com paralisia a andarem de novo? Verificado e feito. Controlar membros robóticos com a mente? Feito. Reescrever os sinais neurais para combater a depressão? Check. “Gravar” a atividade elétrica por trás de memórias simples e reproduzi-las? Ensaios em humanos em andamento. Conectar mentes humanas em uma BrainNet para colaborar em um jogo tipo Tetris pela Internet? Possível.

Dado este pano de fundo, talvez a parte mais impressionante da demonstração não sejam as previsões elevadas do que as interfaces cérebro-máquina poderiam potencialmente fazer um dia. Até porque, em certo sentido, já estamos lá. Em vez disso, o que se destacou foi o próprio dispositivo Link redesenhado.

Um FitBit para o Cérebro
Na festa de “debutante” da Neuralink no ano passado, a empresa imaginou um implante neural sem fio com uma unidade de processamento de marfim elegante usada na parte de trás da orelha. Os eletrodos do próprio implante são “costurados” no cérebro com cirurgia robótica automatizada, contando com técnicas de imagem do cérebro para evitar vasos sanguíneos e reduzir o sangramento cerebral.

O problema com esse design, disse Musk, é que “ele tinha várias peças e era complexo. Você ainda não pareceria totalmente normal porque há algo saindo do seu ouvido.”

O protótipo no evento da semana passada veio em uma estrutura física muito diferente. Mais ou menos do tamanho de uma moeda grande, o dispositivo substitui um pequeno pedaço de seu crânio e fica alinhado com a matéria do crânio ao redor. Os eletrodos, implantados dentro do cérebro, conectam-se a este dispositivo tópico. Quando coberto por pêlos, o implante é invisível.

Musk prevê uma terapia ambulatorial em que um robô pode remover simultaneamente um pedaço do crânio, costurar os eletrodos e substituir o pedaço faltante do crânio pelo dispositivo. Segundo a equipe, o Link tem propriedades físicas e espessura semelhantes às do crânio, tornando a substituição uma espécie de copiar e colar. Uma vez inserido, o Link é então selado ao crânio com “supercola”.

“Eu poderia ter um Neuralink agora e você não saberia”, brincou Musk.

Para um dispositivo tão pequeno, a equipe incluiu uma gama admirável de recursos nele. O dispositivo “Link” possui mais de 1.000 canais, que podem ser ativados individualmente. Isso está no mesmo nível do Neuropixel, o crème de la crème das sondas neurais com 960 canais de gravação que atualmente é amplamente utilizado em pesquisas, inclusive pelo Allen Institute for Brain Science.

Comparado ao Utah Array, um sistema de implante lendário usado para estimulação cerebral em humanos com apenas 256 eletrodos, o Link tem uma vantagem óbvia em termos de densidade pura do eletrodo.

O que talvez seja mais impressionante, no entanto, é o seu processamento integrado para picos neurais – o padrão elétrico gerado pelos neurônios quando eles disparam. Os sinais elétricos são bastante caóticos no cérebro, e filtrar picos de ruído, bem como separar trens de atividade elétrica em picos, normalmente requer um pouco de poder de processamento. É por isso que, no laboratório, os picos neurais são geralmente registrados off-line e processados ​​usando computadores, em vez de eletrônicos de bordo.

O problema fica ainda mais complicado quando se considera a transferência de dados sem fio do dispositivo implantado para um smartphone externo. Sem a compressão precisa e eficiente desses dados neurais, a transferência pode demorar tremendamente, drenar a vida da bateria ou aquecer o próprio dispositivo – algo que você não quer que aconteça a um dispositivo preso dentro do seu crânio.

Para contornar esses problemas, a equipe tem trabalhado em algoritmos que usam “formas características” de padrões elétricos que se parecem com picos para identificar com eficiência disparos neurais individuais. Os dados são processados ​​no chip dentro do dispositivo do crânio. As gravações de cada canal são filtradas para eliminar ruídos óbvios e os picos são detectados em tempo real. Como diferentes tipos de neurônios têm suas formas características de spikes, o chip também pode ser configurado para detectar os spikes específicos que você está procurando. Isso significa que, em teoria, o chip poderia ser programado para capturar apenas o tipo de atividade neural em que você está interessado – por exemplo, para observar neurônios inibitórios no córtex e como eles controlam o processamento de informações neurais.

Esses dados de pico processados ​​são então enviados para smartphones ou outros dispositivos externos por meio de Bluetooth para permitir o monitoramento sem fio. Ser capaz de fazer isso com eficiência tem sido um obstáculo nos implantes cerebrais sem fio – gravações neurais brutas são muito grandes para uma transferência eficiente, e a detecção automática de picos e compressão desses dados é difícil, mas uma etapa necessária para permitir que as interfaces neurais finalmente “cortem o fio”.

O Link tem outras características impressionantes. Por um lado, a vida útil da bateria dura o dia todo e o dispositivo pode ser carregado à noite por meio de carregamento indutivo. E luzes de alinhamento ajudarão a rastrear quando o carregador estiver alinhado com o dispositivo. Além do mais, o Link em si também tem um sensor de temperatura interno para monitorar o superaquecimento e se desconectará automaticamente se a temperatura subir acima de um certo limite – uma medida de segurança muito necessária para não superaquecer o tecido do crânio circundante.

Uma tensão inerente
Desde o início da demonstração, houve uma tendência de tensão entre o que é possível na neuroengenharia e o que é necessário para entender o cérebro.

Desde a sua fundação, a Neuralink sempre foi fascinada pelos números dos eletrodos: aumentando o número de canais em seus dispositivos e aumentando o número de neurônios que podem ser registrados ao mesmo tempo.

No evento, Musk disse que seu objetivo é aumentar o número de neurônios registrados por um fator de “100, depois 1.000, depois 10.000”.

Mas o que acontece é o seguinte: conforme a neurociência está cada vez mais entendendo o código neural por trás de nossos processos de pensamento, fica claro que mais eletrodos ou mais neurônios estimulados nem sempre é melhor. A maioria dos circuitos neurais emprega o que é chamado de “codificação esparsa”, em que apenas um punhado de neurônios, quando estimulados de uma forma que imita o disparo natural, pode ativar artificialmente sensações visuais ou olfativas. Com a optogenética – a técnica de estimular os neurônios com luz – os cientistas agora sabem que é possível inserir memórias visando apenas alguns neurônios-chave em um circuito. Colocar uma tonelada de fios no cérebro, o que inevitavelmente causa cicatrizes, e destruir centenas de milhares de neurônios não vai necessariamente ajudar.

Ao contrário da engenharia, a solução para o cérebro não é mais canais ou mais implantes. Em vez disso, é decifrar o código neural – saber o que estimular, em que ordem, para produzir qual comportamento. Talvez seja revelador que, apesar das alegações de estimulação neural, os únicos dados mostrados no evento foram neurônios disparando de uma seção do cérebro de um camundongo – usando microscopia de dois fótons para ativar a imagem neural – depois de eletrizar o tecido cerebral com um eletrodo. Que informações, se houverem, estarão realmente sendo “gravadas” no cérebro? Sem uma ideia de como os circuitos neurais funcionam e em quais sequências, bombardear o cérebro com eletricidade – não importa o quão legal seja o dispositivo em si – é o mesmo que bater em todas as teclas de um piano ao mesmo tempo, em vez de compor uma bela melodia.

A equipe do Neuralink examinou os danos potenciais ao cérebro causados ​​pela inserção do eletrodo. Um grande problema com os eletrodos de corrente é que o cérebro irá eventualmente ativar células não neuronais para formar uma bainha isolante ao redor do eletrodo, isolando-o dos neurônios dos quais ele precisa fazer o registro. De acordo com alguns funcionários da empresa, há pelo menos dois meses, as cicatrizes ao redor dos eletrodos são mínimas, embora a longo prazo possa haver acúmulo de tecido cicatricial no couro cabeludo. Isso pode dificultar a remoção dos fios do eletrodo – algo que ainda precisa ser otimizado.

No entanto, dois meses é apenas uma fração do que Musk está propondo: um implante de uma década, com hardware que pode ser atualizado.

A equipe também pode ter uma resposta lá. Em vez de remover o implante inteiro, pode ser potencialmente útil deixar os fios dentro do cérebro e apenas remover a tampa superior – o dispositivo Link que contém o chip de processamento. A equipe agora está testando a ideia, enquanto explora a possibilidade de uma remoção completa e reimplante.

Uma Visão Futurista
Como demonstração de viabilidade, a equipe apresentou três adoráveis porcos: um sem implante, um com Link e outro com Link implantado e removido. Gertrude, a porca atualmente com um implante em áreas relacionadas a seu focinho, teve seus disparos neurais internos transmitidos como uma série de estalos elétricos enquanto ela vagava ao redor de seu cercado, enfiando o focinho em uma variedade de comidas e feno e esbarrando em seu manipulador.

Os porcos foram uma surpresa. A maioria dos repórteres, inclusive eu, esperava primatas não humanos. No entanto, os porcos parecem uma boa escolha. Por um lado, seus crânios têm densidade e espessura semelhantes aos humanos. Por outro lado, eles são smart-cookies, o que significa que podem ser treinados para andar em uma esteira enquanto o implante registra de seu córtex motor para prever o movimento de cada articulação. É possível que os porcos possam ser treinados em testes e comportamentos mais complicados para mostrar que o implante está afetando seus movimentos, preferências ou julgamento.

Por enquanto, a equipe ainda não tem dados disponíveis publicamente mostrando que a estimulação direcionada do córtex dos porcos – digamos, córtex motor – possa levar seus músculos à ação. (Ouvi dizer que parte disso se deve à maior intensidade de estimulação necessária, que ainda está sendo ajustada.)

Embora apresentado como um protótipo, está claro que o Link permanece experimental. A equipe está trabalhando em estreita colaboração com o FDA e foi concedida uma designação de dispositivo inovador em julho, que pode abrir caminho para um teste em humanos para o tratamento de pessoas com paraplegia e tetraplegia. Se os testes acontecerão até o final de 2020, como Musk prometeu no ano passado, no entanto, resta saber.

Diferentemente de outras empresas de interface cérebro-máquina, que geralmente se concentram em distúrbios cerebrais, está claro que Musk vê o Link como algo que pode melhorar humanos perfeitamente saudáveis. Dada a necessidade de remoção cirúrgica de parte de seu crânio, é difícil dizer se é uma venda convincente para a pessoa média, mesmo com o poder de estrela de Musk e sua visão de aumentar a visão natural, reprodução de memória ou uma “terceira camada artificial” do cérebro nos juntando à IA. Sua equipe mostrou apenas uma visão altamente condensada dos disparos neurais do porco – em vez de traços de pico reais – é difícil avaliar com precisão o quão sensíveis os eletrodos realmente são.

Por fim, por enquanto, os eletrodos só podem gravar do córtex – a camada mais externa do cérebro. Isso deixa os circuitos cerebrais mais profundos e suas funções, incluindo memória, vício, emoção e muitos tipos de doenças mentais fora da mesa. Embora a equipe esteja confiante de que os eletrodos podem ser estendidos para alcançar essas regiões cerebrais mais profundas, é um trabalho para o futuro.

O Neuralink ainda tem um longo caminho a percorrer. Dito isso, ter alguém com o impacto de Musk defendendo uma neurotecnologia em rápida evolução que poderia ajudar as pessoas não tem preço. Uma das conversas duradouras que tive após a transmissão foi alguém me perguntando como é perfurar crânios e ver um cérebro vivo durante uma cirurgia. Dei de ombros e disse que era apenas osso e tecido. Ele respondeu melancolicamente “ainda seria tão legal poder ver isso”.

É fácil esquecer a maravilha que a neurociência traz para as pessoas quando você está nela há anos ou décadas. É fácil revirar os olhos para os dados do Neuralink e pensar “bem, os neurocientistas têm ouvido neurônios vivos disparando dentro de animais e até mesmo humanos, por mais de uma década.” É impressionante o quanto uma equipe de liderança relativamente pequena realizou desde o ano passado. O Neuralink está apenas começando e mirando alto. Para citar Musk: “Há um tremendo trabalho a ser feito para ir daqui a um dispositivo amplamente disponível, acessível e confiável.”

Texto originalmente publicado pela Singularity Hub.

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