O sistema nervoso é essencialmente elétrico.
Quando movemos o braço
ele se move porque um sinal foi enviado para o músculo que o controla.
Essa mensagem é feita de átomos carregados entrando e saindo das células nervosas.
É eletricidade.
Porque o cérebro é elétrico
também poderíamos usar a eletricidade para gravar o que o cérebro está fazendo
ou ignorá-lo completamente e controlar um corpo.
Isso quer dizer que podemos usar nossa mente
para mover o corpo de outra pessoa
restaurar o movimento de pessoas paralisadas
sentir por meio de uma mão artificial como se fosse a nossa
e, até mesmo, ler a mente de outras pessoas.
Chocante!
Embora a eletricidade não fosse totalmente entendida até o século XIX
sua capacidade de influenciar o corpo
é conhecida, pelo menos, desde os tempos da Roma antiga
quando o respeitado médico Scribonius Largus
escreveu sobre um homem que pisou sem querer em um peixe elétrico
e não sentiu mais a dor da gota.
Scribonius fez algumas experiências
e descobriu ser possível colocar um peixe elétrico na cabeça
e aliviar dores de cabeça.
Em 1804, séculos depois
o físico italiano Giovanni Aldini
descobriu que podia mover os músculos de uma pessoa
com eletricidade.
Ele surpreendeu o mundo europeu
ao utilizar a eletricidade para animar um cadáver
de um criminoso que havia sido executado.
O cadáver abriu os olhos e até pareceu ficar sentado.
Mas Aldini não estava apenas procurando chocar os outros.
Ele mostrou ao mundo que os neurônios
as células que controlam nossos pensamentos e nossos movimentos
trabalham por meio da eletricidade.
O CÉREBRO ELÉTRICO
Imagine contornar o cérebro de uma pessoa para controlar corpo.
Em geral, quando se movimenta o corpo
o cérebro envia sinais elétricos através dos nervos.
Mas se pudéssemos usar eletrodos para enviar esses sinais
poderíamos controlar o corpo de uma pessoa sem precisar do cérebro.
Poderíamos controlá-la com um controle remoto
e é isso que vamos fazer hoje
com baratas.
DEMONSTRAÇÃO No. 1 A BARATA-ROBÔ
Estou aqui com o Tim Marzullo do Backyard Brains.
Tim, você trouxe algumas baratas.
Sim, Michael, as baratas usam suas antenas para perceber o ambiente e se movimentar
e vamos tentar enganar uma barata
e controlar os movimentos dela por alguns minutos.
Como vamos enganá-la?
Vamos operar a barata e tomar conta do sistema nervoso
para enviar impulsos elétricos para às antenas.
- Ok, vamos ver isso. - Vamos lá.
Temos aqui uma sala de operações de última geração para baratas.
Como você opera uma barata?
Temos um jarro de água gelada para induzir a anestesia
e vamos colocar as baratas na água gelada.
O sistema nervoso delas vai parar de emitir impulsos elétricos.
Vamos notar que logo elas vão parar de se mexer.
Quando estiverem anestesiadas, podemos começar a cirurgia.
Agora vamos conectar os eletrodos.
Aqui temos um pequeno conector com três fios:
um fio terra, um fio para a antena direita e outro para a antena direita.
Vou colocar uma gotinha de supercola nessa barata aqui
e grudar o eletrodo na cabeça da barata.
Em seguida, inserimos o fio terra no músculo de voo da asa.
- Ai está. - Legal.
Coloquei o fio nas costas.
Os outros dois fios serão inseridos nas antenas.
Agora vou cortar a antena aqui e nós...
- E porque é um tubo oco... - podemos inserir o fio.
Então, agora vou inseri-lo na antena.
- Certo? - Entendi, uau.
E agora a antena esquerda. Pronto. Entrou direitinho.
Vou colocar a barata de volta na água gelada.
É válido mencionar o que isso causa a elas e à qualidade de vida delas.
Depois da cirurgia, vou levá-las de volta para casa, cortar os fios
e essas baratas serão aposentadas.
- E as antenas crescerão de novo? - Sim.
Vou devolvê-las para nossa "colônia de reprodução"
e viverão como baratas felizes depois do programa.
- Fantástico. - Certo.
- Estamos prontos para começar. - Maravilha.
Nossa barata cibernética está agora neurologicamente conectada
para controle externo.
Essa é uma pista de corridas de última geração para baratas.
Eu e o Tim vamos levar algumas baratas-robô para um test drive.
Antes, quero ver como uma barata comum se movimenta e usas as antenas.
Então, vamos ver aonde ela vai. Ela quer explorar a minha mão.
Você pode ver que ela está rente àquela parede.
Ela fica tateando a parede e acompanhando.
Ela não anda no meio do caminho, só na borda.
Como sabemos, as baratas usam as antenas para explorar o mundo à volta
localizar alimento e abrigo.
Quando não detectaram paredes ou obstáculos
as baratas se movimentaram livremente.
Ei, garotas, sigam as regras.
Era hora de testar a nossa barata-robô.
Essa é a bateria e o dispositivo Bluetooth.
- Vou conectar agora. - Estamos falando de voltagem real.
Sim, porque estamos falando com os nervos
na linguagem que eles entendem.
O Tim criou um app que se comunica com o eletrodo nas costas da barata.
Quando deslizamos para a direita, o eletrodo envia um sinal
para a antena esquerda da barata
simulando a sensação de um obstáculo à esquerda
que faz com que a barata se mova para a direita e vice-versa.
- Direita ou esquerda? - Vamos para a esquerda.
Esquerda.
- Ela está rodopiando. - Foi um pouco forte demais.
Ajustamos a intensidade do sinal para encontrar a configuração ideal.
Agora vou tentar fazer com que ela se vire para a direita
e volte pela fábrica.
Bom trabalho.
Ela não sabe se existe um caminho
então vou precisar dizer a ela para continuar seguindo para a direita.
- Venha cá. - Onde ela está?
Ela quer ir para o balão?
Ela quer ir para o balão, mas prefiro que vá trabalhar na fábrica
então vou...
Vou deslizar para a esquerda.
Esquerda.
- Muito bem. - Agora, direita.
Veja, vire à direita.
Bom, vire à direita.
Vire à direita.
Viu? Ela se adapta com o tempo.
Não estamos tomando o controle autônomo do corpo delas.
Estamos fazendo-as pensar que devem decidir ir para lá ou para cá.
Algumas pessoas costumavam ficar com medo de que isso fosse como uma bola de neve
e eu iria controlar toda a humanidade com a minha estimulação elétrica
mas pode ver que a barata recebe outros sinais sensoriais
que competem com o nosso.
Tim, foi muito legal e um pouco estranho.
Não me senti muito à vontade controlando um organismo vivo.
Mas tem algo aqui que é muito importante para o futuro
do entendimento do cérebro.
Usamos essa tecnologia
em aplicações biomédicas como implantes cocleares
e estimulação profunda do cérebro para tratar Parkinson.
Mas coisas como consciência, atenção e arbítrio
estão na vanguarda das pesquisas em neurociência.
Como você toma decisões?
A maravilha da neurociência é que ela está aberta.
Em um futuro próximo, baratas-robô podem salvar vidas.
Pesquisadores da A&M no Texas
e da Universidade Estadual da Carolina do Norte
estão desenvolvendo um uso revolucionário de baratas-robô
em missões de busca e salvamento.
Em vez de instalar fios nas antenas das baratas
estão implantando receptores no sistema nervoso do inseto
para garantir um efeito mais duradouro.
O plano é soltar um monte de baratas-robô
em uma zona de desastre como um edifício desmoronado.
À medida que as baratas exploram, enviam imagens e dados para um computador
que cria um mapa detalhado em 3D da zona de desastre.
Se os insetos-robô se desviam da área de busca
os nervos recebem um estímulo para reposicioná-los.
Se uma barata detecta um sobrevivente
é enviado um sinal com a localização da vítima.
Ainda não foi feito nenhum teste em condições reais
mas os cientistas esperam fazê-lo dentro dos próximos dez anos.
Enquanto isso, a mesma tecnologia usada para hackear baratas
também pode ser utilizada em seres humanos.
DEMONSTRAÇÃO No. 2 HACKEANDO O CÉREBRO HUMANO
Tim, quando movo o braço
meu cérebro envia sinais elétricos para os meus músculos
e eles respondem se contraindo e se distendendo.
Mas você vai usar uma bateria para estimular os músculos eletricamente.
Isso mesmo.
O sistema nervoso humano pode ser hackeado
sem necessidade de cirurgia.
Tim conectou os eletrodos ao meu antebraço
que se comunicam via Bluetooth com um aplicativo no iPad dele.
Vou amplificar os sinais da sua atividade muscular.
Toda vez que um neurônio falar com um músculo
o músculo dispara um impulso elétrico como os neurônios.
Podemos ver os impulsos elétricos aqui.
Agora, quero que você contraia.
Você pode ver os impulsos ocorrendo no seu...
Veja isso.
Esse é o som de muitas fibras musculares ...
- Muitas! - disparando ações em potencial
porque neurônios fazem sinapses nos músculos
quando você decide mover o corpo.
Vou movimentar a sua mão.
Não vemos muita atividade, alguma distensão, talvez
mas agora tente resistir.
Agora não há movimento, mas vemos atividade elétrica
devido à contração.
Como você está fazendo movimentos voluntários com o cérebro
podemos aproveitar essas contrações musculares
e usá-las para controle na robótica.
Tim, isso tudo é muito legal, mas o motivo real de ter convidado você
e dito para você trazer tudo isso é que quero controlar outro ser humano.
Allie?
- Oi, Michael. - Obrigado por ter vindo.
Alie, deve estar um pouco apreensiva depois de ter ouvido o que eu disse
- mas... - Sim, eu ouvi.
Isso é pela ciência, e vai ser recíproco.
Também vou deixar você controlar meu braço.
- Está pronta? - Espere, primeiro eu?
Você vai primeiro, acho que é importante.
- Por... - Pela randomização.
Eu joguei uma moeda mais cedo, que ninguém viu, mas aconteceu.
Alie Ward, do podcast Ologies foi corajosa o bastante
para me deixar testar como o cérebro envia sinais para o corpo.
Nesse caso, meu cérebro vai enviar sinais para mover o corpo dela.
E colocamos uma divisória entre nós
para que ela não possa ver quando faço um movimento
que envia o sinal.
Certo, vamos lá, Michael.
- Devo contrair de maneira suave ou firme? - Vá até o fim, assim.
Até o fim, tudo bem.
- Sentiu alguma coisa? - Ainda não.
- Não sou forte o bastante. - Vou aumentar um pouco, ok?
Sinto algum formigamento.
Você está em dois. Vou aumentar para quatro, ok?
Contraia agora, Michael.
Isso foi muito esquisito, de verdade.
- Contraia. - Isso é muito esquisito.
- Isso é mesmo esquisito. - Ainda não posso acreditar.
Me sinto como uma marionete e os fios estão sendo puxados.
Pela ciência, era justo que eu deixasse a Alie também assumir o controle.
Mas também queria saber como era ter alguém controlando meus movimentos.
Enquanto a Alie controla o meu corpo
achei que seria bom degustar uma sopa de tomate quente, bem vermelha
e um copo de suco de uva.
Acho que também vou escrever um pouco... sou multitarefa.
Podemos experimentar a força só para sentir o que vai acontecer comigo?
Vou regular bem baixo, em dois.
- Agora contraia, Alie. - Tudo bem.
- Sim, eu senti. - Contraia novamente.
- Eu senti. - Sentiu isso?
- Sim. - Agora vou aumentar para quatro.
Certo, agora contraia.
- Pronto? - Sim.
Isso foi...
Não sou eu que estou movendo meu braço.
Ou o restante do seu corpo.
Sou uma pessoa meio agitada então vai conseguir muito mais de mim.
- Ok. - Agora, por favor
não me controle enquanto tomo um gole relaxante...
Vou aumentar para cinco e meio.
Só vou experimentar essa sopa.
Isso foi maldade. Adorei.
A maldade é que essa sopa está morna.
Agora me deixem comer em paz, por favor.
- Sinto muito. - Tudo bem.
- Vou fazer uma pausa e escrever. - Vou deixar você quieto.
Estou tentando... posso resistir, mas...
Assim como as baratas
meu corpo estava aprendendo a se adaptar ao sinal.
Pela ciência.
Essa é a beleza da eletrofisiologia.
O fato de que neurônios funcionam por meio da eletricidade
significa que também podemos gravá-los e isso tem aplicações médicas incríveis.
O eletroencefalograma, ou EEG, foi inventado na década de 1920
permitindo aos médicos ver alguns dos impulsos elétricos do cérebro
como ondas cerebrais visíveis.
Mas nos anos 80, os cientistas perceberam que para algumas tarefas
como conseguir que pacientes paralisados movam um braço robótico
é preciso um sinal cerebral muito mais rico.
Porque mover um braço requer muito mais informação.
É preciso saber como mover o braço, o antebraço, a mão, os dedos
tudo em três dimensões.
O EEG não fornece todas as informações para isso
pois os impulsos elétricos captados
são distorcidos quando passam através do cérebro e da pele.
Então, para controlar um membro prostético apenas com a mente
os pesquisadores perceberam que era preciso gravar
diretamente do cérebro.
E, em 2006, eles fizeram exatamente isso.
Implantaram um eletrodo no cérebro de um ser humano paralisado
pela primeira vez.
E desde aquele primeiro paciente de teste
vários pacientes paralisados receberam implantes cerebrais
que permitem que eles controlem braços robóticos com a mente.
À medida que aumenta nosso conhecimento do cérebro
e nossos computadores ficam melhores para decodificar os sinais do cérebro
esses pacientes ganham um controle cada vez mais refinado
dos braços robóticos.
Recentemente, a ciência deu um grande salto
desde permitir que pacientes paralisados controlem membros robóticos
até lhes dar o controle sobre seus próprios membros.
Fui à Universidade Estadual de Ohio
para encontrar um desses pacientes, Ian Burkhart.
Aos 19 anos, enquanto viajava com amigos
Ian mergulhou numa onda na praia e quebrou o pescoço no fundo de areia
ficando paralisado do peito para baixo.
Sabia que tinha ficado paralisado assim que bati.
Estava flutuando com o rosto na água sem poder me levantar.
- Você podia... - Não podia me mexer.
Passei de uma vida independente, aos 19 anos
vivendo sozinho, na faculdade, até agora.
Preciso de ajuda para tudo
comer, ir ao banheiro, ficar sentado, passar para a cadeira de rodas.
Posso movimentar meus ombros
posso movimentar os bíceps que me permitem mover os bracos
mas nada abaixo dos bíceps.
Os médicos da Universidade de Ohio sugeriram ao Ian
um tratamento experimental revolucionário
desenvolvido pela Battelle, uma empresa de pesquisa e desenvolvimento
utilizando uma tecnologia de ponta chamada NeuroLife.
Eles queriam implantar um chip no córtex motor de Ian
que lhe permitiria mover as mãos novamente
enquanto estivesse conectado a um computador no laboratório.
Fui convidado ao Centro Médico Wexner na Universidade Estadual de Ohio
para conhecer os pesquisadores
e testemunhar esse trabalho de vanguarda em ação.
Primeiro vamos conectar o Ian ao sistema.
Essa peça que se projeta do meu crânio é o pedestal.
Fica debaixo de um tampa protetora, mas permanece aí o tempo todo
e leva aos fios que entram na matriz de microchips
que fica na superfície do meu cérebro.
Introduzido no órgão do cérebro, propriamente dito.
Exatamente.
O microchip na cabeça de Ian
detecta o fluxo de sangue e os impulsos elétricos do cérebro
associados à execução dos movimentos.
Esse é o chip. Fica na superfície do cérebro dele.
O cérebro de Ian está conectado ao software
que lê e analisa a atividade cerebral.
Essa é uma imagem ao vivo do córtex motor de Ian.
Se você pensar em mover seu braço
devemos ver mais atividade ou um padrão diferente?
No início da sessão
para calibrar o decodificador com o cérebro
Ian é estimulado a pensar em mover a mão vendo imagens de mãos se movimentando.
Você vai ver o computador me estimular
e quando ele faz isso, é nisso que penso.
O que significa "pensar"?
Pensar o quanto possível, imaginar o movimento.
Enquanto o cérebro de Ian pensa em mover a mão...
- Ok, Ian, está pronto? - Sim.
os impulsos elétricos são detectados pelo chip
e enviados para o decodificador.
Em seguida pegamos essa informação e a associamos com a mão fechada.
Agora o decodificador pode reconhecer
se ele está pensando a mesma coisa de novo.
Em seguida, o decodificador envia um sinal
para o dispositivo que controla o movimento do músculo de Ian.
Essa faixa especial no braço de Ian
contém 130 eletrodos que estimulam os músculos do antebraço
para produzir o movimento específico que o cérebro dele está pensando
como fechar a mão ou mover o polegar.
Agora chegou a hora de ver Ian mover a mão paralisada com o pensamento.
Ian, se você estiver preparado...
Vou fazer uma contagem regressiva. Três, dois, um.
Esse foi o decodificador.
- Decodificando os pensamentos dele? - Isso mesmo.
O Ian estava controlando os movimentos.
Belo trabalho.
As conquistas de Ian já vão muito além de fechar a mão.
Com a ajuda dessa tecnologia de vanguarda
ele pode usar sua própria mão paralisada e executar tarefas motoras refinadas
desde movimentos do dia a dia até tocar Guitar Hero.
Quantas outras pessoas como o Ian existem?
Atualmente no mundo, talvez cinco?
Ian continua a ganhar mais independência também fora do laboratório.
As pessoas que andam de carro com você ficam nervosas e pensam:
"Minha nossa, deve ser muito perigoso".
Acho que se todas as outras pessoas
soubessem que não posso usar as mãos dirigindo a 110 km/h na via expressa
eles não gostariam muito.
Mas não precisam se preocupar.
Devo ser mais seguro porque não posso tirar as mãos do volante
- para pegar o celular e... - Não fica mexendo no rádio e...
Não devo fazer isso enquanto dirijo.
O progresso de Ian é verdadeiramente inspirador
e isso é apenas o começo para ele.
O que você espera do futuro? Para você?
Espero poder atualizar para a próxima versão
ter mais habilidades e ser capaz de fazer as coisas mais facilmente.
No longo prazo, espero que as pessoas simplesmente usem dispositivos como esse.
Uma pessoa com lesão na medula espinhal pode continuar a vida de onde parou.
Acho que o trabalho que estamos fazendo é algo nunca feito antes
e é muito empolgante estar na vanguarda.
Restaurar movimentos é uma coisa, mas sentimentos, sensações?
Sentimos com a nossa pele por causa dos sinais enviados
para o córtex sensorial somático no nosso cérebro.
Colocando sensores em dedos robóticos
conectados a implantes no córtex sensorial somático
pesquisadores da Universidade de Pittsburgh
fizeram Nathan Copeland sentir através de uma mão robótica.
Nathan passou por uma cirurgia para receber dois implantes
um no córtex motor para controlar um braço robótico
e um segundo implante no córtex sensorial somático.
O segundo implante estimula o cérebro dele
e o padrão de estímulo depende da parte da mão robótica que é tocada.
Se você tocar em um dedo específico
a parte do córtex sensorial somático de Nathan
que normalmente responde a esse dedo, será estimulada.
Mindinho.
Ahn, médio.
O cérebro dele interpreta isso como tato.
As conquistas notáveis de Nathan e Ian foram auxiliadas pela capacidade deles
de se comunicar com os pesquisadores envolvidos.
Mas o que pode ser feito pelas pessoas que não apenas não conseguem se mover
mas que também não podem falar?
Steve Kaplan era um ativo programador de 57 anos
que namorava Laurie, uma cavaleira de rodeios.
Mas tudo mudou há um ano
quando ele sofreu um derrame que o deixou em estado vegetativo
sem poder se mover ou falar.
No início, acharam que ele tinha sofrido morte cerebral.
Entretanto, dentro do corpo, ele estava plenamente consciente
mas incapaz de se comunicar.
Foi apenas quando uma enfermeira notou que o movimento do olho era intencional
que ele foi diagnosticado com a síndrome do encarceramento
uma condição que tira tudo de uma pessoa deixando apenas a mente.
Enquanto um cérebro normal recebe sinais elétricos dos sentidos
e envia sinais de volta para eles
o derrame impediu que os sinais elétricos deixassem o cérebro de Steve.
Durante o último ano, com a ajuda de fisioterapeutas
Steve conseguiu recuperar o movimento de uma pequena parte do pescoço.
Conversei com Steve e sua esposa Laurie
para aprender mais sobre a síndrome do encarceramento.
Olá, Steve, Laurie.
Embora ele ainda não possa falar graças a novos avanços científicos
Steve pode se comunicar com o mundo exterior
utilizando um computador.
Olá, Michael.
Muito prazer, Steve. E você também, Laurie.
Em primeiro lugar, obrigado por nos concederem um tempo.
Contem como o Steve começou a poder se comunicar.
Fiz muitas perguntas sobre a síndrome do encarceramento
quando eles explicaram o que era, e não havia muitas respostas.
No início, ele piscava uma vez para sim e duas para não.
E essa foi a primeira parte da comunicação.
Em seguida, nos deram um quadro
e eu passava pelas letras e ele fechava os olhos
e quando chegava na letra que ele queria, eu escrevia.
E foi assim que começou.
Como podem imaginar
o primeiro método de comunicação entre Laurie e Steve
foi um processo lento e doloroso.
Mas alguns meses depois
um engenheiro construiu uma máquina
para rastrear o movimento dos olhos de Steve.
Quando o Steve olha para diferentes letras na tela
a máquina traduz o que ele está vendo em um discurso audível sintetizado.
Eu quero me recuperar.
Embora ainda haja um pequeno atraso na comunicação
enquanto Steve escaneia as letras na tela
esse método é muito mais fluido e rápido.
Não consigo sair dessa casca criada para mim.
O computador ajuda a me comunicar.
Sim. Você pode escrever com os olhos.
Isso é fantástico.
Pode enviar e-mails, mensagens de texto, me chamar se precisar de alguma coisa.
- É um grande alívio. - Ela faz maravilhas.
Sim, ela faz maravilhas.
E só posso imaginar a sua emoção ao poder olhar e escrever alguma coisa
e vê-la transformada em fala.
E Laurie, para você escutar as palavras vindas da mente dele, do coração
especialmente da primeira vez, depois de tanto tempo.
Qual foi a primeira coisa que você disse, Steve?
A primeira mensagem foi feliz aniversário.
- E que presente de aniversário. - Realmente, foi.
O progresso de Steve é notável
e seria difícil negar a ligação entre a habilidade de se comunicar
e se conectar com o mundo exterior
com os incríveis avanços que ele fez no último ano do ponto de vista físico.
Olhe para o teto.
Olhe para os seus polegares.
Olhe para mim, sua linda esposa.
Laurie e Steve esperam que um dia
Steve possa se recuperar por completo da síndrome de encarceramento.
O dispositivo de rastreamento dos olhos é elétrico
assim como o seu cérebro.
Estão conectados porque Steve é capaz de mover os olhos.
Mas alguns pacientes não conseguem nem controlar o movimento dos olhos.
Eles têm o que é chamado de síndrome do encarceramento completa.
Para esses pacientes, a tecnologia de rastreamento dos olhos
que ajudou Steve a se comunicar é inútil.
Mas pesquisadores na Europa encontraram uma forma
de permitir que esses pacientes
se comuniquem utilizando apenas o pensamento.
Os pesquisadores combinaram o EEG
com um espectroscópio no infravermelho próximo
que pode medir o fluxo sanguíneo no cérebro de modo não invasivo.
Os pacientes respondiam perguntas do tipo sim ou não
cujas respostas os pesquisadores já sabiam
o que permitiu treinar a máquina para reconhecer
quais sinais cerebrais significavam sim
e quais significavam não.
Em seguida, os pesquisadores fizeram um novo conjunto de perguntas
para as quais já sabiam a resposta, e usando só o pensamento
os pacientes foram capazes de acertar 70% das respostas.
Responder apenas sim ou não pode ser limitado
mas a tecnologia ainda é nova.
Tudo isso aconteceu somente nesse ano.
Esses rápidos e notáveis avanços
graças à devoção e ao esforço de pesquisadores
e pacientes em todo o mundo
estão ajudando a desvendar os mistérios da mente.
Quanto melhor entendermos a mente mais seremos capazes de ajudar
os milhões de pessoas com dificuldades
devido a doenças psicológicas ou neurológicas.
E com isso, entenderemos melhor a nós mesmos.
E como sempre, obrigado por assistirem.