Batendo no cérebro para ajudar um homem paralítico a falar

Em uma realização antes inimaginável, os eletrodos implantados no cérebro do homem transmitem sinais para um computador que exibe suas palavras.

Ele não consegue falar desde 2003, quando foi paralisado aos 20 anos de idade por um grave acidente vascular cerebral após um terrível acidente de carro. Agora, em um marco científico, os pesquisadores têm explorado as áreas da fala de seu cérebro — permitindo-lhe produzir palavras e sentenças compreensíveis simplesmente como tentar dizê-las. Quando o homem, conhecido por seu apelido, Pancho, tenta falar, eletrodos implantados em seu cérebro transmitem sinais para um computador que exibe suas palavras pretendidas na tela. Sua primeira frase reconhecível, disseram os pesquisadores, foi: “Minha família está lá fora”.

A conquista, publicada na quarta-feira no New England Journal of Medicine, poderia eventualmente ajudar muitos pacientes com condições que roubam sua capacidade de falar. “Isto é mais longe do que jamais imaginamos que poderíamos ir”, disse Melanie Fried-Oken, professora de neurologia e pediatria na Oregon Health & Science University, que não estava envolvida no projeto. Há três anos, quando Pancho, agora com 38 anos, concordou em trabalhar com pesquisadores da neurociência, eles não tinham certeza se seu cérebro tinha sequer retido os mecanismos de fala. “Essa parte de seu cérebro poderia ter ficado adormecida, e nós simplesmente não sabíamos se ele realmente acordaria para poder falar novamente”, disse o Dr. Edward Chang, presidente de cirurgia neurológica da Universidade da Califórnia, São Francisco, que liderou a pesquisa. A equipe implantou uma folha retangular de 128 eletrodos, projetada para detectar sinais de processos sensoriais e motores relacionados à fala ligados à boca, lábios, mandíbula, língua e laringe. Em 50 sessões durante 81 semanas, eles conectaram o implante a um computador por um cabo preso a uma “porta” na cabeça do Pancho, e lhe pediram para que ele tentasse dizer palavras de uma lista de 50 palavras comuns que ele ajudava a sugerir, incluindo “fome”, “música” e “computador”. Como ele fez, os eletrodos transmitiram sinais através de uma forma de inteligência artificial que tentou reconhecer as palavras pretendidas.

“Nosso sistema traduz a atividade cerebral que normalmente teria controlado seu trato vocal diretamente em palavras e frases”, disse David Moses, um engenheiro pós-doutorando que desenvolveu o sistema com Sean Metzger e Jessie R. Liu, estudantes de pós-graduação. Os três são os principais autores do estudo. Pancho (que pediu para ser identificado apenas por seu apelido para proteger sua privacidade) também tentou dizer as 50 palavras em 50 sentenças distintas como “Minha enfermeira está do lado de fora” e “Traga meus óculos, por favor” e em resposta a perguntas como “Como você está hoje? Sua resposta, exibida na tela: “Eu sou muito bom”. Em quase metade das 9.000 vezes em que Pancho tentou dizer palavras únicas, o algoritmo acertou. Quando ele tentou dizer frases escritas na tela, ele fez ainda melhor. Ao canalizar os resultados do algoritmo através de uma espécie de sistema de previsão de linguagem autocorreto, o computador reconheceu corretamente palavras individuais nas frases quase três quartos do tempo e decodificou perfeitamente sentenças inteiras mais da metade do tempo. “Provar que você pode decifrar a fala a partir dos sinais elétricos na área do motor de fala do seu cérebro é inovador”, disse o Dr. Fried-Oken, cuja própria pesquisa envolve tentar detectar sinais usando eletrodos em uma tampa colocada na cabeça, não implantada.

Após uma sessão recente, observada pelo The New York Times, Pancho, usando um fedora preto sobre um chapéu branco de malha para cobrir a porta, sorriu e inclinou levemente sua cabeça com o movimento limitado que tem. Como rajadas de cascalho, ele demonstrou uma frase composta de palavras no estudo: “Não, eu não estou com sede”. Em entrevistas durante várias semanas para este artigo, ele se comunicou através de trocas de e-mails usando um mouse controlado pela cabeça para digitar com cuidado chave por chave, o método com o qual ele geralmente conta. O reconhecimento do implante cerebral de suas palavras faladas é “uma experiência que muda a vida”, disse ele. “Eu só quero, não sei, conseguir algo bom, porque os médicos sempre me disseram que eu tinha ZERO chance de melhorar”, disse Pancho durante um bate-papo em vídeo do asilo do norte da Califórnia onde ele mora. Mais tarde, ele mandou um e-mail: “Não poder se comunicar com ninguém, ter uma conversa normal e se expressar de qualquer forma, é devastador, muito difícil viver com isso”. Durante as sessões de pesquisa com os eletrodos, ele escreveu: “É muito parecido com ter uma segunda chance de conversar novamente”. Pancho era um trabalhador de campo saudável nos vinhedos da Califórnia até um acidente de carro após um jogo de futebol num domingo de verão, disse ele. Após uma cirurgia por danos graves no estômago, ele teve alta do hospital, caminhando, falando e pensando que estava no caminho da recuperação.

Mas na manhã seguinte, ele estava “vomitando e não conseguia me segurar”, escreveu ele. Os médicos disseram que ele sofreu um derrame cerebral, aparentemente causado por um coágulo de sangue pós-cirúrgico.

Uma semana depois, ele acordou de um coma em uma sala pequena e escura. “Eu tentei me mover, mas não consegui levantar um dedo, e tentei falar, mas não consegui cuspir uma palavra”, escreveu ele. “Então, comecei a chorar, mas como não conseguia fazer nenhum som, tudo o que eu fazia eram gestos feios”.

Foi aterrador. “Desejei nunca ter voltado do coma em que estava”, escreveu ele.

A nova abordagem, chamada neuroprótese da fala, é parte de uma onda de inovação destinada a ajudar dezenas de milhares de pessoas que não têm a capacidade de falar, mas cujos cérebros contêm vias neurais para a fala, disse o Dr. Leigh Hochberg, neurologista do Massachusetts General Hospital, Brown University e do Departamento de Assuntos de Veteranos, que não estava envolvido no estudo, mas co-escreveu um editorial sobre o assunto.

Isso poderia incluir pessoas com lesões cerebrais ou condições como esclerose lateral amiotrófica (A.L.S.) ou paralisia cerebral, nas quais os pacientes têm controle muscular insuficiente para falar.
“A urgência não pode ser exagerada”, disse o Dr. Hochberg, que dirige um projeto chamado BrainGate que implanta eletrodos de lata para ler sinais de neurônios individuais; ele recentemente decodificou as tentativas de escrita à mão de um paciente paralisado.

“Agora é apenas uma questão de anos”, disse ele, “antes que haja um sistema clinicamente útil que permita a restauração da comunicação”.

Durante anos, Pancho se comunicou soletrando palavras em um computador usando um ponteiro preso a um boné de beisebol, um método árduo que lhe permitiu digitar cerca de cinco palavras corretas por minuto.

“Eu tinha que dobrar/limpar minha cabeça para frente, para baixo, e picar uma letra chave uma a uma para escrever”, ele mandou um e-mail.

No ano passado, os pesquisadores lhe deram outro dispositivo envolvendo um mouse controlado pela cabeça, mas ainda não é tão rápido quanto os eletrodos do cérebro nas sessões de pesquisa.

Através dos eletrodos, Pancho comunicou de 15 a 18 palavras por minuto. Essa foi a taxa máxima permitida pelo estudo, pois o computador esperou entre as solicitações. O Dr. Chang diz que é possível uma decodificação mais rápida, embora não esteja claro se ele se aproximará do ritmo de conversação típica: cerca de 150 palavras por minuto. A velocidade é uma razão chave para que o projeto se concentre em falar, tocando diretamente no sistema de produção de palavras do cérebro em vez de movimentos das mãos envolvidos na digitação ou escrita.

“É a maneira mais natural para as pessoas se comunicarem”, disse ele.

A personalidade flutuante de Pancho tem ajudado os pesquisadores a navegar nos desafios, mas também ocasionalmente faz com que o reconhecimento da fala seja desigual.

“Às vezes não consigo controlar minhas emoções e ri muito e não me dou muito bem com a experiência”, ele mandou um e-mail.

O Dr. Chang lembrou de vezes em que, após o algoritmo ter identificado com sucesso uma frase, “você podia vê-lo visivelmente tremendo e parecia que ele estava meio risonho”. Quando isso acontecia ou quando, durante as tarefas repetitivas, ele bocejava ou se distraía, “não funcionava muito bem porque ele não estava realmente concentrado em conseguir essas palavras”. Portanto, temos algumas coisas para trabalhar, porque obviamente queremos que funcione o tempo todo”.

O algoritmo às vezes confundia palavras com sons fonéticos semelhantes, identificando “ir” como “trazer”, “fazer” como “você” e palavras que começam com “F” — “fé”, “família”, “sentir” — como uma palavra em V, “muito”.

Frases mais longas precisavam de mais ajuda do sistema de previsão de linguagem. Sem ele, “Como você gosta de minha música?” foi decodificado como “Como você gosta de trazer mal?” e “Olá, como você está?” tornou-se “Com fome, como você está?”.

Mas em sessões que a pandemia interrompeu por meses, a precisão melhorou, disse o Dr. Chang, tanto porque o algoritmo aprendeu com os esforços de Pancho e porque “definitivamente há coisas que estão mudando em seu cérebro”, ajudando-o a “iluminar e nos mostrar os sinais que precisávamos para tirar estas palavras”.

Antes de seu derrame cerebral, Pancho tinha freqüentado a escola apenas até a sexta série em seu país natal, o México. Com notável determinação, desde então, ele obteve um diploma do ensino médio, teve aulas universitárias, recebeu um certificado de desenvolvedor web e começou a estudar francês.

“Acho que o acidente de carro me fez ser uma pessoa melhor, e mais inteligente também”, ele mandou um e-mail.

Com seu movimento restrito do pulso, Pancho pode manobrar uma cadeira de rodas elétrica, pressionando o joystick com uma meia recheada amarrada em volta de sua mão com elásticos. Nas lojas, ele vai pairar perto de algo até os caixas decifrarem o que ele quer, como uma xícara de café.

“Eles o colocam em minha cadeira de rodas, e eu o trago de volta para minha casa para que eu possa conseguir ajuda para bebê-lo”, disse ele. “As pessoas aqui nas instalações se surpreendem, sempre me perguntam: ‘COMO VOCÊ COMPRA ISTO, E COMO VOCÊ CONFIRMA O QUE VOCÊ QUER?”.

Ele também trabalha com outros pesquisadores usando os eletrodos para ajudá-lo a manipular um braço robótico.

Suas sessões de discurso quinzenais podem ser difíceis e cansativas, mas ele está sempre “ansioso para acordar e sair da cama todos os dias, e esperar que meu povo U.C.S.F. chegue”.
O estudo da fala é o culminar de mais de uma década de pesquisa, na qual a equipe do Dr. Chang mapeou a atividade cerebral para todos os sons de vogais e consoantes e explorou os cérebros de pessoas saudáveis para produzir fala computadorizada.

Os pesquisadores enfatizam que os eletrodos não estão lendo a mente de Pancho, mas detectando sinais cerebrais correspondentes a cada palavra que ele tenta dizer.

“Ele está pensando a palavra”, disse o Dr. Fried-Oken. “Não são os pensamentos aleatórios que o computador está captando”.

O Dr. Chang disse “no futuro, talvez possamos fazer o que as pessoas estão pensando”, o que levanta “algumas questões realmente importantes sobre a ética deste tipo de tecnologia”. Mas isto, disse ele, “é realmente apenas para restaurar a voz do indivíduo”.

Em tarefas mais novas, Pancho mima as palavras silenciosamente e soletra palavras menos comuns usando o alfabeto militar: “delta” para “d”, “foxtrot” para “f”.

“Ele é verdadeiramente um pioneiro”, disse o Dr. Moses.

A equipe também quer projetar implantes com mais sensibilidade e torná-los sem fio para uma implantação completa, a fim de evitar infecções, disse o Dr. Chang.

Como mais pacientes participam, os cientistas podem encontrar variações individuais do cérebro, disse o Dr. Fried-Oken, acrescentando que se os pacientes estiverem cansados ou doentes, a intensidade ou o tempo dos seus sinais cerebrais podem mudar.

“Eu só queria de alguma forma ser capaz de fazer algo por mim mesmo, mesmo um pouquinho”, disse Pancho, “mas agora eu sei, não estou fazendo isso só por mim mesmo”.

Original em https://www.nytimes.com/2021/07/14/health/speech-brain-implant-computer.html

Sugestão do Prof. Dr. Felipe Carvalho — com licença teórica — sobre o pós trans humano. ❤