PITTSBURGH
/PRNewswire/ -- Uma equipe de pesquisadores da Universidade
Carnegie Mellon, em colaboração com a Universidade de Minnesota,
fez um grande progresso no campo do controle de dispositivo robótico não
invasivo. Usando uma interface cérebro-computador (BCI – brain-computer
interface) não invasiva, pesquisadores desenvolveram o primeiro
bem-sucedido braço robótico controlado pela mente, capaz de rastrear e seguir continuamente
o cursor de um computador.
Ser capaz de controlar
dispositivos robóticos de forma não invasiva, usando apenas pensamentos, terá
amplas aplicações, beneficiando em particular as vidas de pacientes com
paralisia ou com distúrbios de movimentos.
As BCIs têm demonstrado bom
desempenho no controle de dispositivos robóticos, usando apenas sinais
sensoriais vindos de implantes cerebrais. Quando dispositivos robóticos podem
ser controlados com alta precisão, eles podem ser usados para realizar uma
variedade de tarefas cotidianas. Até agora, no entanto, as BCIs bem-sucedidas
no controle de braços robóticos têm usado implantes cerebrais invasivos. Esses
implantes requerem uma quantidade substancial de expertise médica e
cirúrgica, para instalar e operar corretamente, sem mencionar os custos e
riscos potenciais para os pacientes e, como tal, seu uso tem sido limitado a
apenas alguns casos clínicos.
Um grande desafio na pesquisa
da BCI é desenvolver tecnologia menos invasiva ou mesmo totalmente não
invasiva, que possa permitir a pacientes com paralisia controlar seu ambiente
ou membros robóticos usando seus próprios "pensamentos". Tal
tecnologia de BCI não invasiva, se bem-sucedida, pode disponibilizar essa
tecnologia tão necessária a inúmeros pacientes e, potencialmente, até mesmo à
população em geral.
Entretanto, as BCIs que usam
sensoriamento externo não invasivo, em vez de implantes cerebrais, recebem
sinais mais "impuros", resultando na atual resolução mais baixa e
controle menos preciso. Portanto, quando se usa apenas o cérebro para controlar
um braço robótico, uma BCI não invasiva não resiste ao uso de dispositivos
implantados. Apesar disso, os pesquisadores de BCI seguiram adiante, com os
olhos no prêmio de uma tecnologia menos – ou não – invasiva, que possa ajudar
os pacientes de todos os lugares, em uma base cotidiana.
O professor gestor e diretor do
Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade Carnegie Mellon, Bin He,
está atingindo esse objetivo, uma descoberta essencial por vez.
"Conseguimos grandes
progressos em dispositivos robóticos controlados pela mente usando implantes
cerebrais. É uma ciência excelente", diz He. "Mas o controle não
invasivo é o maior objetivo. Avanços em decodificação neural e a utilidade
prática do controle do braço robótico não invasivo terão grandes implicações no
desenvolvimento futuro de neurorrobótica não invasiva".
Usando técnicas originais de
sensoriamento e aprendizagem de máquina, He e seu laboratório foram capazes de
acessar sinais dentro do cérebro, conseguindo uma alta resolução de controle
sobre o braço robótico. Com neuroimagem não invasiva e um paradigma de busca
contínua original, He está superando os sinais ruidosos de eletroencefalograma
(EEG) resultando em melhora significativa da decodificação neural baseada em
EEG e facilitando o controle contínuo de dispositivo robótico em 2D em tempo
real.
Usando uma BCI não invasiva
para controlar um braço robótico que rastreia um cursor em uma tela de
computador, pela primeira vez na história, He mostrou em sujeitos humanos que
um braço robótico pode, agora, seguir o cursor continuamente. Embora braços
robóticos controlados por seres humanos de forma não invasiva já seguiram,
anteriormente, um cursor móvel em movimentos irregulares e discretos – como se
o braço robótico estivesse tentando "acompanhar" os comandos do
cérebro – agora segue o cursor de uma forma suave e contínua.
Em um documento publicado no
jornal Science Robotics, a equipe estabeleceu uma nova estrutura que
abrange e melhora os componentes do "cérebro" e do
"computador" da BCI, por aumentar o engajamento e o treinamento do
usuário, bem como a resolução espacial de dados neurais não invasivos através
de imagem de fonte de EEG.
O documento, intitulado
"Neuroimagens não invasivas aprimoram o rastreamento neural contínuo para
controle de dispositivo robótico", mostra que o método único da equipe
para resolver esse problema não apenas expandiu a aprendizagem da BCI em cerca
de 60% para tarefas de centro-para-fora tradicionais, mas também aprimorou o
rastreamento contínuo do cursor de um computador por mais de 500%.
A tecnologia também tem
aplicações que podem ajudar muitas pessoas, por oferecer "controle
mental" seguro, não invasivo, de dispositivos que podem possibilitar a
elas interagir com seus ambientes e controlá-los. A tecnologia foi testada, até
agora, em 68 sujeitos humanos fisicamente aptos (até 10 sessões para cada
sujeito), incluindo controle de dispositivo virtual e controle de um braço
robótico para busca contínua. A tecnologia é diretamente aplicável a pacientes
e a equipe planeja conduzir estudos clínicos em um futuro próximo.
"Apesar de desafios
técnicos com o uso de sinais não invasivos, estamos inteiramente comprometidos
com o objetivo de levar essa tecnologia segura e econômica para as pessoas que
possam se beneficiar dela", diz He. "Esse trabalho representa uma
etapa importante em interfaces cérebro-computador não invasivas, uma tecnologia
que algum dia pode se tornar uma tecnologia assistencial predominante que irá
ajudar a todos, tal como os smartphones".
Esse trabalho foi apoiado, em
parte, pelo Centro Nacional para Saúde
Complementar e Integrativa (National Center for Complementary and
Integrative Health), Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e AVC (National
Institute of Neurological Disorders and Stroke), Instituto Nacional de
Imagens Biomédicas e Bioengenharia (National Institute of Biomedical Imaging
and Bioengineering) e Instituto Nacional de Saúde Mental (National
Institute of Mental Health).
Sobre a Faculdade de
Engenharia (College of Engineering): A Faculdade de Engenharia
da Universidade Carnegie Mellon é uma faculdade de engenharia altamente
conceituada, que é conhecida por seu foco intencional em colaboração
multidisciplinar em pesquisa. A faculdade é bem conhecida por trabalhar em
problemas de importância científica e prática. Nossa cultura de
"realizadores" está arraigada em tudo o que fazemos, resultando em
métodos originais e resultados transformadores. Nosso aclamado corpo docente
mantém um foco em administração e engenharia inovadores para produzir resultados
transformadores que irão impulsionar a vitalidade intelectual e econômica de
nossa comunidade, da nação e do mundo.
Sobre a Universidade
Carnegie Mellon: A Carnegie Mellon (www.cmu.edu) é uma universidade privada, bem classificada
internacionalmente, com programas em áreas como ciência, tecnologia, negócios,
políticas públicas, humanidades e artes. Mais de
13.000 estudantes nas sete escolas e faculdades da universidade se beneficiam
da pequena relação professor-estudante e de uma educação caracterizada por seu
foco na criação e implementação de soluções para problemas do mundo real,
colaboração interdisciplinar e inovaç ;ão.
FONTE Carnegie Mellon University
College of Engineering
