whiteMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Cyborgs não são mais ficção científica. O campo das interfaces cérebro-máquina (IMC) - que usam eletrodos, freqüentemente implantados no cérebro, para traduzir informações neuronais em comandos capazes de controlar sistemas externos, como um computador ou braço robótico - já existe há algum tempo. A empresa do empresário Elon Musk, Neuralink, tem como objetivo testar seus sistemas de IMC em um paciente humano até o final do 2020.

A longo prazo, os dispositivos de IMC podem ajudar a monitorar e tratar sintomas de distúrbios neurológicos e controlar membros artificiais. Mas eles também poderiam fornecer um plano para projetar inteligência artificial e até permitir a comunicação direta de cérebro para cérebro. No entanto, por enquanto, o principal desafio é desenvolver IMCs que evitem danificar o tecido cerebral e as células durante o implante e a operação.

O IMC existe há mais de uma década, ajudando pessoas que perderam a capacidade para controlar seus membros, por exemplo. No entanto, os implantes convencionais - geralmente feitos de silício - são ordens de magnitude mais rígidas que o tecido cerebral real, o que leva a gravações instáveis ​​e danos ao tecido cerebral circundante.

Eles também podem levar a uma resposta imune em que o cérebro rejeita o implante. Isso ocorre porque nosso cérebro humano é como uma fortaleza protegida, e o sistema neuroimune - como soldados nessa fortaleza fechada - protegerá os neurônios (células cerebrais) de intrusos, como patógenos ou IMC.

Dispositivos flexíveis

Para evitar danos e respostas imunes, os pesquisadores estão cada vez mais se concentrando no desenvolvimento do chamado "IMC flexível". Estes são muito mais macios que os implantes de silicone e semelhantes aos tecidos cerebrais reais.

Uma bolacha de dezenas de milhares de eletrodos flexíveis, cada um muito menor que um fio de cabelo. Steve Jurvetson / Flickr, CC BY-SA

Por exemplo, a Neuralink fez seu primeiro projeto "roscas" flexíveis e insersor - sondas minúsculas semelhantes a fios, que são muito mais flexíveis que os implantes anteriores - para vincular um cérebro humano diretamente a um computador. Estes foram projetados para minimizar a chance de a resposta imune do cérebro rejeitar os eletrodos após a inserção durante a cirurgia no cérebro.

{vembed Y = kPGa_FuGPIc}

Enquanto isso, pesquisadores de Grupo Lieber recentemente, na Universidade de Harvard, projetou uma sonda mini mesh que se parece tanto com neurônios reais que o cérebro não consegue identificar os impostores. Estes eletrônicos de inspiração biológica consistem em eletrodos de platina e fios de ouro ultrafinos encapsulados por um polímero com tamanho e flexibilidade semelhantes aos corpos celulares dos neurônios e fibras nervosas neurais.

Pesquisas em roedores mostraram que tais sondas semelhantes a neurônios não provoca uma resposta imune quando inserido no cérebro. Eles são capazes de monitorar a função e a migração dos neurônios.

Movendo-se para as células

A maioria dos IMCs usados ​​hoje em dia capta sinais elétricos do cérebro que vazam para fora dos neurônios. Se pensarmos no sinal neural como um som gerado dentro de uma sala, a maneira atual de gravar é, portanto, ouvir o som fora da sala. Infelizmente, a intensidade do sinal é bastante reduzida pelo efeito de filtragem da parede - as membranas dos neurônios.

Para obter as leituras funcionais mais precisas, a fim de criar maior controle, por exemplo, de membros artificiais, os dispositivos de gravação eletrônica precisam obter acesso direto ao interior dos neurônios. O método convencional mais amplamente utilizado para essa gravação intracelular é o “eletrodo de pinça de correção”: um tubo de vidro oco preenchido com uma solução eletrolítica e um eletrodo de gravação colocado em contato com a membrana de uma célula isolada. Mas uma ponta de micrômetro produz danos irreversíveis às células. Além disso, ele pode gravar apenas algumas células por vez.

Para resolver esses problemas, desenvolvemos recentemente um matriz de transistor 3D em forma de gancho de cabelo e usou-o para ler atividades elétricas intracelulares de vários neurônios. É importante ressaltar que conseguimos fazer isso sem nenhum dano celular identificável. Nossos nanofios são extremamente finos e flexíveis e facilmente dobrados na forma de gancho de cabelo - os transistores são apenas sobre nanômetros 15x15x50. Se um neurônio fosse do tamanho de uma sala, esses transistores teriam o tamanho de uma fechadura de porta.

Revestidas com uma substância que imita a sensação de uma membrana celular, essas sondas de nanofios ultra pequenas e flexíveis podem atravessar as membranas celulares com o mínimo esforço. E eles podem gravar conversas intracelulares com o mesmo nível de precisão que seu maior concorrente: os eletrodos de fixação.

Claramente, esses avanços são importantes etapas para um IMC preciso e seguro, que serão necessários para que possamos realizar tarefas complexas, como a comunicação cérebro-cérebro.

Pode parecer um pouco assustador, mas, em última análise, se nossos profissionais médicos continuarem a entender melhor nosso corpo e nos ajudar a tratar doenças e viver mais, é importante que continuemos forçando os limites da ciência moderna para oferecer o melhor possível ferramentas para fazer seu trabalho. Para que isso seja possível, uma interseção minimamente invasiva entre humanos e máquinas é inevitável.

Sobre o autor

Yunlong Zhao, professor de armazenamento de energia e bioeletrônica, Universidade de Surrey

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.