Avanços recentes na neurociência e na neurotecnologia prometem a restauração da visão funcional dos cegos através do envio de sinais diretamente ao córtex visual do cérebro. Semelhante ao implante coclear que fez maravilhas para os surdos, estão em andamento pesquisas para restaurar a percepção visual dos cegos por meio de um implante que funciona estimulando o córtex visual enquanto tenta recriar a atividade até então desencadeada pelo nervo óptico.
O implante foi projetado para criar a sensação de ver mesmo sem a entrada real dos olhos. Transmitindo imagens de vídeo de uma câmera diretamente para o cérebro, o dispositivo tem como alvo o cérebro em vez dos olhos, dando aos pacientes cegos a capacidade de compreender parcialmente o que está ao seu redor.
Na verdade, as próteses visuais passaram por um rápido avanço desde seus primeiros protótipos. Eles têm a capacidade de codificar artificialmente as sensações no cérebro para produzir pontos de luz, ou fosfenos, no campo visual.
Como a visão-ajudando implantes funcionam
Simplificando, a tecnologia de próteses visuais funciona das seguintes maneiras para restaurar visão, por mais fracionária que seja, aos cegos:
- Uma câmera embutida em um par de óculos grossos de aro preto registra o campo de visão do paciente.
- Esta câmera, conectada a um computador, envia um vídeo ao vivo que o computador traduz em sinais eletrônicos.
- Esses sinais são então enviados através de uma porta inserida cirurgicamente na parte posterior do crânio. Essa porta se conecta a um implante de 100 eletrodos no córtex visual do cérebro.
- O implante estimula neurônios no córtex visual do paciente.
- Posteriormente, o paciente experimenta uma percepção de baixa resolução do ambiente na forma de pontos e formas branco-amareladas chamadas fosfenos que podem ser interpretados como objetos.
Evolução da tecnologia de restauração da visão
O foco das pesquisas anteriores em tecnologias de bioengenharia estava na criação de um olho ou retina artificial. Não muito tempo atrás, o Projeto Retina Artificial reuniu diversas instituições de pesquisa para desenvolver retinas artificiais para ajudar os cegos a enxergar. O trabalho resultou nos sistemas Argus que ajudaram aqueles que sofrem de doenças que destroem a retina. Esses sistemas envolviam o uso de uma câmera montada em óculos; um computador para converter dados sensoriais e um implante com um conjunto de eletrodos embutidos na retina (em vez do cérebro). Ao longo dos anos, os sistemas Argus I e Argus II realizaram testes em humanos e receberam aprovação na Europa em 2011 e nos EUA em 2013 para vender os seus olhos biónicos a indivíduos elegíveis.
O implante compreendia uma única folha de células epiteliais pigmentares da retina (RPE) derivadas de células-tronco embrionárias humanas. No entanto, as tentativas de criar um olho biônico focaram na implantação no próprio olho. Eles dependiam da necessidade de um olho com nervo óptico funcionando. Mas, para muitas pessoas, cuja cegueira se origina além da retina, a tecnologia do olho artificial não consegue resolver a sua cegueira. Essas pessoas sofrem danos no sistema nervoso que conecta a retina à parte posterior do cérebro ou nas vias neurais entre os olhos e o cérebro.
Progresso em implantes cerebrais
A Interface Cérebro-Máquina (IMC) está avançando rapidamente em diversas frentes, como ajudar pessoas paralisadas a controlar braços robóticos e digitar mensagens apenas com seus pensamentos. As empresas que trabalham no domínio do IMC passaram das retinas artificiais para o próprio cérebro. Eles testaram um sistema que ignora a retina e envia informações visuais diretamente para o cérebro.
Nesse sistema, como mencionado anteriormente, a transmissão de uma câmera de vídeo montada em óculos escuros é convertida em pulsos elétricos enviados a um implante que estimula o cérebro. Posteriormente, o utilizador vê um padrão de fosfenos ou pontos brancos de baixa resolução sobre um fundo preto.
O conjunto Utah, um implante cerebral amplamente utilizado, é um conjunto quadrado de alguns milímetros de largura que contém 100 pontas de eletrodos que são inseridas no cérebro. Cada pico estimula neurônios no cérebro. A matriz é um pouco menor que a ponta elevada na extremidade positiva de uma bateria AAA. Minúsculos picos de eletrodos, cada um com cerca de um milímetro de altura, parecem uma cama de pregos em miniatura. Cada pico é capaz de fornecer corrente a um ou quatro neurônios.
O implante que transmite imagens de vídeo diretamente ao cérebro é realmente um avanço. A câmera de vídeo acoplada aos óculos envia imagens para eletrodos implantados no córtex visual do cérebro, permitindo aos participantes experimentar algum nível de visão onde antes não era possível.
A tecnologia é notável porque ignora tanto o olho quanto o nervo óptico, que normalmente transmitiriam informações sensoriais ao cérebro.
Um estudo de caso em implante cerebral
O neuroengenheiro Eduardo Fernandez, diretor de neuroengenharia da Universidade de Miguel Hernandez, na Espanha, recentemente virou notícia ao capacitar uma mulher cega com visão rudimentar, enviando informações visuais diretamente para seu cérebro.
A paciente em questão, Bernadeta Gomez, de 57 anos, era totalmente cega desde os 42 anos, quando começou a sofrer de neuropatia óptica tóxica, condição que cortou totalmente a ligação entre os olhos e o cérebro.
Fernandez implantou um minúsculo chip no cérebro de Gomez, contendo eletrodos de 100 milímetros de comprimento que estimularam neurônios específicos que lhe permitiram ver uma imagem aproximada do mundo pela primeira vez em 16 anos. Ela via o mundo através dos fosfenos – uma experiência de ver a luz sem ser desencadeada pela estimulação da retina, que lhe dava uma fraca percepção das formas e do espaço à sua volta com uma resolução aproximada de 10×10 pixels.
Para compensar a má resolução, Fernandez incorporou um software de reconhecimento facial que a ajudou a associar o conjunto de fosfenos correspondentes que recebeu através do dispositivo a pessoas específicas. O aparelho incluía um cinto com um botão para amplificar objetos escuros ao sol ou objetos claros no escuro.
O sistema permitiu que a mulher tivesse uma visão “rudimentar”, apesar da destruição dos feixes de nervos que ligavam os olhos ao cérebro. Ela foi capaz de ver uma versão em baixa resolução de como é o mundo. Os óculos permitiram identificar letras, luzes e pessoas. Apareceu parecendo pontos e formas brilhantes esbranquiçadas e amareladas, mas era pelo menos uma aparência do mundo, em vez de pura escuridão.
Desafios na restauração da visão
O implante tende a se deteriorar devido a processos naturais do corpo. O sistema imunológico do corpo começa a quebrar os eletrodos que danificam ou cicatrizam o tecido cerebral circundante. A cicatrização eventualmente enfraquece o sinal e os eletrodos só podem interagir com um punhado de neurônios, tornando-os eventualmente inúteis. A prótese pode ser deixada no cérebro por um curto período de tempo, pois ninguém sabe quanto tempo os eletrodos podem durar sem degradar o implante ou o cérebro do usuário.
Outra desvantagem é que quando o implante é inserido, os eletrodos perfuram a superfície do cérebro; quando é removido, 100 pequenas gotas de sangue se formam nos buracos.
A estrada à frente
A pesquisa de Fernandez aponta o caminho para outros projetos ambiciosos que visam preencher a lacuna entre computadores e humanos usando interfaces cérebro-computador (BCI). Significativamente, a BCI visa mudar a qualidade de vida das pessoas com deficiência. A Royal Society da Grã-Bretanha pediu que seja dada mais atenção ao desenvolvimento e regulamentação da BCI, dizendo que a tecnologia tem o potencial de inaugurar uma “forma nova e colaborativa de inteligência”.
O processo de Fernandez também depende de mais do que apenas hardware. Ele implanta aprendizado de máquina para escrever o software que traduz informações visuais em código neural que pode ser ainda mais refinado. No futuro, à medida que os cientistas trabalharem nos implantes cerebrais como um todo, os componentes irão, sem dúvida, melhorar em paralelo.
Fernández acredita que seu implante pode ser modificado para durar mais e, embora a resolução máxima atual seja de 10 por 10 pixels, ele pretende atingir uma resolução de pelo menos 60 por 60 pixels implantando até 6 eletrodos em cada lado do cérebro.
Pesquisadores da Harvard Medical School têm trabalhado com um novo tipo de implante que não é afetado por tecido cicatricial. Eliminando a necessidade de penetração no órgão, esses novos eletrodos são colocados abaixo do crânio para repousar na superfície do cérebro. Além disso, poderosos campos magnéticos são usados em vez de eletrodos para induzir a atividade cerebral.
O ambicioso projeto Neuralink de Elon Musk, CEO da SpaceX e da Tesla, visa desenvolver implantes inseridos diretamente nos neurônios e fornecer comunicação bidirecional entre o cérebro e um aplicativo de smartphone. Ele quer levar a computação para pessoas com perda grave da função cerebral. Para obter melhor precisão, ele deseja que os implantes cirúrgicos não sejam grandes e sejam completados por um robô. Eletrodos macios em forma de fio estão sendo desenvolvidos pela Neuralink para serem capazes de amarrá-los habilmente no tecido cerebral por um robô. A organização pretende incluir 3.000 eletrodos em seu dispositivo para conectar muito mais neurônios do que é possível atualmente.
Na verdade, cada vez mais novas tecnologias estão em desenvolvimento no campo das próteses visuais. Normalmente, os óculos de visão são conectados à energia, ao computador e ao implante por meio de cabos. O dispositivo ideal precisa ser sem fio para que possa durar muito tempo – limitando o número de cirurgias necessárias – e oferecendo maior precisão e resolução. Poderia acabar completamente com os eletrodos, usando luz ou produtos químicos para controlar neurônios editados por genes.