Brain-Computer Interface: O que é interface cérebro-computador

Brain-Computer Interface (interface cérebro-computador) possibilita uma comunicação direta entre um cérebro e um computador. A tecnologia captura, interpreta e transforma sinais neurais em comandos compreensíveis por máquinas.

O que é Brain-Computer Interface?

Brain-Computer Interface (BCI) é uma interface que conecta um cérebro humano a um computador, possibilitando a transmissão direta de informações entre mentes e máquinas. Essa neurotecnologia estabelece tal conexão sem ativar o sistema nervoso periférico – ou seja, de forma independente da fala ou de movimentos.

Brain-Computer Interfaces baseiam-se na descoberta de que a simples imaginação de uma ação é suficiente para causar uma mudança mensurável na atividade elétrica do cérebro. Por exemplo, imaginar mover um dedo já provoca uma reação no córtex motor, responsável por planejar e iniciar movimentos voluntários. Durante um processo de treinamento, uma interface cérebro-computador aprende quais atividades cerebrais estão associadas a quais pensamentos ou comandos mentais. Isso torna possível usar os sinais cerebrais captados como sistemas de entrada neurotecnológicos. No entanto, devido a inúmeros desafios tecnológicos, o desenvolvimento de BCIs envolve custos e tempo elevados.

Como funciona a Brain-Computer Interface?

Brain-Computer Interfaces capturam e analisam a atividade cerebral para transformá-la em comandos para computadores. A medição da atividade elétrica do cérebro é feita por meio de eletrodos. Em seguida, algoritmos especiais processam os sinais capturados para identificar padrões que correlacionam com pensamentos e intenções específicos. No próximo passo, a interface mente-máquina traduz esses padrões em comandos compreensíveis para as máquinas. Para a detecção e análise de sinais, pesquisadores utilizam machine learning e inteligência artificial devido à complexidade dos dados.

Diferença entre Brain-Computer Interface não invasiva e invasiva

A atividade cerebral pode ser registrada tanto por BCIs aplicadas e removíveis manualmente quanto por BCIs implantadas cirurgicamente:

• Brain-Computer Interface não invasiva capta a atividade elétrica do cérebro por eletroencefalografia (EEG): eletrodos colocados no couro cabeludo medem as variações de voltagem na superfície da cabeça. Normalmente, isso é feito com o uso de uma touca equipada com sensores. Como alternativa, através da magnetoencefalografia (MEG), também é possível registrar a atividade magnética do cérebro, o que fornece uma imagem tridimensional de diferentes áreas cerebrais.
• Brain-Computer Interface invasiva utiliza eletrodos implantados diretamente no cérebro para medir os impulsos elétricos por EEG. Esse método de observação oferece a mais alta resolução de sinal, porém ainda apresenta riscos de complicações médicas, como danos neuronais. Além disso, existem também métodos semi-invasivos, nos quais os eletrodos são colocados na superfície do córtex cerebral, sendo considerados menos arriscados.

Estágio atual de desenvolvimento de Brain-Computer Interfaces

Devido aos intensos esforços de pesquisa, a qualidade dos sinais cerebrais captados melhora continuamente. Isso é especialmente válido para os sistemas BCI implantados, que apresentam uma alta taxa de transferência e, portanto, estão cada vez mais sendo objeto de trabalhos e estudos científicos. Já interfaces mente-máquina não invasivas oferecem uma precisão muito limitada, pois o crânio filtra os sinais. Embora o primeiro sistema BCI invasivo tenha sido implantado em um humano já em 1998, mais de 25 anos depois, ainda existem apenas cerca de 50 pessoas no mundo com um implante BCI, devido à alta complexidade do procedimento.

Devido às atuais medidas de incentivo à pesquisa fundamental no campo da neurologia nos EUA (BRAIN Initiative) e na Europa (Human Brain Project), espera-se que as tecnologias BCI avancem significativamente nos próximos anos. Equipes de pesquisa estão trabalhando atualmente em interfaces bidirecionais, que podem transmitir sinais externos para o cérebro. Além disso, há contínuos progressos na interpretação da atividade cerebral, impulsionados por métodos de análise modernos como redes neurais, big data e deep learning, tecnologias que processam grandes quantidades de dados de forma eficiente.

Brain-Computer Interfaces já existentes

Em 2024, diversas instituições públicas, como universidades, e empresas privadas estão envolvidas na pesquisa de tecnologias BCI. Em 2020, pesquisadores da Universidade de Zhejiang, na China, implantaram uma interface cérebro-computador em um paciente tetraplégico, permitindo-lhe controlar braços robóticos e dispositivos com seus pensamentos. Já em janeiro de 2024, uma equipe do renomado Massachusetts Institute of Technology (MIT) apresentou uma interface mente-máquina não invasiva capaz de controlar o robô-cachorro da Boston Dynamics.

Os Estados Unidos e a China são líderes na implantação de Brain-Computer Interfaces invasivas. A Alemanha, por outro lado, tem foco em BCIs não invasivas, por exemplo, por apresentarem menos riscos. Algumas das empresas mais conhecidas no setor de BCI incluem:

• A Neuralink desenvolve Brain-Computer Interfaces invasivas. O implante BCI dessa empresa norte-americana possui mais de 1.000 eletrodos fixados em fios finos como cabelo. Além de melhorar o tratamento de doenças cerebrais graves, a Neuralink visa, a longo prazo, expandir as capacidades mentais.
• A Blackrock Neurotech tem sede em Utah e é ativa no segmento de Brain-Computer Interfaces (BCIs) desde 2008. Os dispositivos da Blackrock estão entre os implantes BCI mais utilizados, sendo aplicados principalmente para aumentar a independência de pessoas com paralisias graves.
• A BrainGate foi a primeira empresa a apresentar um chip BCI implantável para humanos, em 2004, sendo pioneira no campo. Os implantes mais recentes consistem em duas ou mais unidades com até cem eletrodos por dispositivo, implantados sobre o córtex cerebral.
• A Synchron desenvolveu uma BCI minimamente invasiva que não é implantada diretamente no cérebro, mas nos vasos sanguíneos da cabeça. A implantação ocorre por meio de um pequeno stent de metal, que introduz a BCI na cabeça.

Áreas de aplicação atuais e futuras de BCIs

Até o momento, a aplicação mais importante das BCIs é o suporte a pessoas com limitações físicas severas. Brain-Computer Interfaces já são usadas para ajudar pessoas com deficiências ou doenças específicas, como a síndrome do encarceramento (Locked-In Syndrome), a melhorar sua mobilidade, comunicação e independência. Na medicina, as BCIs permitem, por exemplo, mover um braço robótico, se comunicar com uma máquina de soletrar ou controlar dispositivos com a mente. No entanto, os procedimentos médicos com BCI ainda estão na fase de protótipo. Já no setor de entretenimento e bem-estar, existem produtos comercialmente disponíveis, como os headsets BCI não invasivos que reduzem o estresse com sistemas de biofeedback.

No futuro, diversos outros cenários de aplicação são possíveis. As BCIs podem impulsionar o desenvolvimento de neuropróteses que permitam aos usuários sentir ou conectar-se a robôs para realizar tarefas complexas. BCIs bidirecionais poderiam permitir a comunicação direta de cérebro para cérebro, o upload de pensamentos em servidores na nuvem e a conexão direta à internet. No entanto, a adoção dessas tecnologias a longo prazo dependerá não apenas dos avanços técnicos, mas também da aceitação social.

Oportunidades e riscos de BCIs

Brain-Computer Interfaces têm o potencial de causar desenvolvimentos disruptivos em várias áreas da sociedade. Isso inclui não apenas aplicações médicas, mas também otimizações no trabalho, na escola ou na vida cotidiana, além de áreas como a realidade virtual. Teoricamente, as BCIs poderiam permitir a ativação de capacidades não aprendidas e habilidades inéditas – como aprender um novo idioma ao fazer o download diretamente para o cérebro. No entanto, ainda há muitos desafios tecnológicos a serem superados.

Apesar das vantagens, as BCIs também apresentam riscos significativos. A capacidade de ler a atividade cerebral permite a análise de dados privados altamente sensíveis. Críticos alertam que essas interfaces podem ser usadas para manipular pensamentos e comportamentos das pessoas. Além disso, as BCIs ainda são tecnologias em desenvolvimento e podem ser suscetíveis a falhas, o que pode ter consequências indesejadas. Para garantir a segurança dos usuários, é fundamental ponderar cuidadosamente as implicações éticas, legais e sociais dessas tecnologias.