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Pessoas cegas conseguem “ver” letras que cientistas desenham em seus cérebros usando eletricidade

Cientistas estimularam o cérebro utilizando eletrodos implantados em sua superfície

Shutterstock

Ao criarem certos padrões de atividade elétrica no cérebro tanto de pessoas cegas quanto de indivíduos dotados de visão, uma equipe de cientistas conseguiu fazer com que elas enxergassem  letras que não existiam de verdade.

Segundo o estudo, publicado no dia 14 de maio na revista Cell, o experimento funcionou tanto em pessoas que enxergavam quanto em pessoas cegas que perderam sua visão quando adultos. Apesar de a tecnologia ainda estar em processo de desenvolvimento, os aparelhos implantados poderiam ser utilizados, no futuro, para estimular o cérebro e de alguma forma restaurar a visão das pessoas.

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Conhecidos como próteses visuais, os implantes foram colocados no córtex visual e então estimulados segundo um certo padrão para “localizar” formas que o participante pudesse “ver”. Versões mais avançadas desses implantes poderiam funcionar de modo semelhante ao dos implantes cocleares, que estimulam os nervos no ouvido interno com eletrodos para ajudar a desenvolver a habilidade de audição do usuário. 

“Uma interação inicial [de tal dispositivo] poderia fornecer uma detecção de contornos das formas encontradas”, escrevem, em um e-mail a Live Science, o neurocientista Michael Beauchamp e o neurocirurgião Daniel Yoshor, ambos da Faculdade de Medicina de Baylor.  (Yoshor começará uma nova função na Escola de Medicina de Perelman na Universidade da Pennsylvania nesse inverno). “A habilidade de detectar a forma de um familiar ou permitir uma navegação mais independente seria um avanço maravilhoso para muitos pacientes cegos”.  O atual estudo representa um pequeno passo em direção a tornar essa tecnologia realidade. 

Ver estrelas

Os autores do estudo desenharam as letras estimulando o cérebro com correntes elétricas, gerando os chamados fosfenos — pequenos “alfinetes” de luz que as pessoas percebem, às vezes sem que haja nenhuma luz de fato entrando em seus olhos. Diferentemente do que ocorre quando a luz se reflete em um objeto em um quarto e entra em seu olho, os fosfenos aparecem como um vislumbre do processo do sistema visual; você “vê” esses pontos de luz mesmo que eles não estejam de fato lá. Por exemplo, você ver fosfenos quando esfrega os olhos em uma sala escura, um fenômeno descrito às vezes como “ver estrelas”, diz o autor. 

Conhecidos como “fosfenos mecânicos”, as estrelas que aparecem quando você esfrega os olhos foram descritas primeiro por um filósofo antigo da Grécia e fisiologista chamado Alcmaeon, diz John Pezaris, o chefe do Laboratório de Próteses Visuais no Hospital Geral de Massachusetts e professor assistente de neurocirurgia na Universidade de Harvard. Séculos depois, em 1755, o médico francês Charles Le Roy descobriu que estimular o cérebro com eletricidade poderia também produzir fosfenos vívidos, mesmo em indivíduos cegos, disse Pezaris, que não estava envolvido no estudo. 

Pezaris conta que na década de 1960, cientistas começaram a desenvolver a ideia de prótese visual. Pesquisadores implantaram eletrodos no córtex visual — uma região do cérebro que processa a informação que chega dos olhos — com o objetivo de gerar fosfenos e reuni-los em formas coerentes. Os cientistas acreditam que, se eles estimularem diversos locais no córtex, vários fosfenos aparecerão e “automaticamente vão se agrupar” em formas inteligíveis, assim como pixels individuais em uma tela de computador, nota o autor.

“Mas o cérebro é muito mais complexo do que um dispositivo de computador e, por razões que nós ainda não entendemos completamente, é na verdade muito difícil produzir formas reconhecíveis de combinações de fosfenos”, dizem Beauchamp e Yoshor. Os autores encontraram um bloqueio durante seu próprio estudo, mas conseguiram uma maneira de contorná-lo.

Desenhando no cérebro

A equipe colocou uma matriz de eletrodos sobre os córtices visuais em cinco participantes do estudo, três que conseguiam enxergar e dois que não. Os eletrodos ficaram, especificamente, em uma região do cérebro conhecido como V1, onde as informações vindas das retinas são afuniladas para o início do processamento. Esses indivíduos, dotados de visão,  já  passavam por cirurgias com o objetivo de terem eletrodos implantados em seus cérebros como parte de um tratamento para epilepsia, elaborado para monitorar a sua atividade cerebral. Já os indivíduos cegos participaram de um estudo separado que investigava próteses visuais, e tiveram os eletrodos implantados na hora. 

A área V1 funciona como um mapa, e diferentes regiões desse mapa correspondem a diferentes zonas do campo visual, como o canto superior direito ou o inferior esquerdo. Os autores descobriram que, se ativarem um eletrodo por vez, os participantes seguramente vêem um fosfeno (alfinete de luz) aparecer na região prevista. Mas se diversos eletrodos estiverem ligados simultaneamente, os fosfenos individuais ainda aparecem, mas não constituem formas coerentes. 

Então os autores tentaram uma estratégia diferente: sua hipótese era que ao “varrer uma corrente elétrica por” diversos eletrodos eles poderiam traçar padrões na superfície do cérebro e, assim, gerar formas reconhecíveis. “O cérebro é ajustado para detectar mudanças em nosso ambiente”, dizem os autores. Eles então teorizaram que o órgão deveria localizar um padrão de fosfenos presentes um após o outro, dizem os autores. 

Os implantes cocleares utilizam uma estratégia similar para gerar diferentes tons auditivos, diz Pieter Roelfsema, diretor do Instituto da Holanda da Neurociência, que não estava envolvido no estudo, à Live Science em um e-mail. “Suponha que um eletrodo 1 entregue um tom agudo e o eletrodo 2 algo como um tom grave”, ele disse. Ao direcionar uma corrente elétrica através dos dois eletrodos, “você consegue um tom intermediário entre os eletrodos 1 e 2”. 

Os autores do estudo descobriram que poderiam fazer algo similar com a visão: eles poderiam gerar fosfenos entre as localizações de dois eletrodos separados, assim conectando os pontos entre eles. Com essa técnica, os autores desenharam formas de letras, como “W”, “S” e “Z”, na superfície do V1; as formas tiveram de ser desenhadas de ponta cabeça e ao contrário, que é como a informação visual chega ao córtex visual de nossos olhos.  

No fim, os participantes do estudo poderiam ver as formas traçadas e as recriarem precisamente em uma tela de toque. Quando os participantes do estudo começaram a ver as formas das letras em seus olhos na mente ficaram “ tão empolgados quanto a gente, provavelmente mais!”, disseram Beauchamp e Yoshor à Live Science

Olhando para o futuro

 “Existem diversos números de desafios para superar” antes que a pesquisa possa ser utilizada em próteses visuais úteis, escreve Roelfsema em uma carta na revista Cell que acompanhava a pesquisa.

No futuro, próteses visuais provavelmente vão conter “milhares de eletrodos”, enquanto o estudo utilizou apenas uma pequena dúzia, disse o autor. Além disso, “esses eletrodos podem ser desenhados para penetrar o córtex para que as ‘dicas’ deles estejam mais próximas aos neurônios que estão localizados centenas de microns abaixo da superfície cortical”, eles acrescentam. 

Eletrodos que penetram no cérebro seriam capazes de gerar fosfenos mais precisos usando  campos elétricos mais frágeis do que os usados por eletrodos situados mais na superfície do cérebro, diz Pezaris. Os eletrodos na superfície utilizam fortes campos elétricos para alcançar as células cerebrais no tecido, às vezes estimulando células adjacentes ou sobrepostas ao mesmo tempo, ele nota. 

Para que as próteses visuais funcionem, será preciso inventar novos eletrodos que permaneçam compatíveis com o tecido do cérebro por períodos extensos de tempo, disse Roelfsema à Live Science. “As próteses atuais que estão sendo ligadas ao cérebro causam danos e não funcionam por muito tempo”, ele disse. Para alguns pacientes, entretanto, os eletrodos na superfície podem funcionar melhor, dependendo dos riscos associados à implantação profunda de eletrodos no cérebro, diz Pezaris. “Existem diferentes causas de cegueira”, pondera ele, e alguns pacientes podem se beneficiar mais de eletrodos implantados profundamente, outros de eletrodos na superfície e outros de próteses implantadas diretamente nas retinas, que necessitam apenas de uma cirurgia nos olhos para serem implantados. 

Acima de tudo, “para fazer dispositivos de próteses visuais que sejam realmente úteis para pacientes cegos, é preciso que eles proporcionem melhora na qualidade de vida”, disse Beauchamp e Yoshor. Isso significa que, além de otimizar os eletrodos físicos e o modo como eles funcionam, os cientistas vão precisar desenvolver softwares confiáveis que ajudem a filtrar e a processar a informação visual para o usuário. E, uma vez reunidos, o sistema completo precisa ser útil o suficiente para que possa realmente ser utilizado pelas pessoas.

“Fundamentalmente, uma das coisas que temos que ter em mente é que a cegueira não é uma condição que ameaça a vida e, portanto, os riscos precisam ser balanceados com os benefícios”, diz Pezaris sobre as próteses visuais.

 Nicoletta Lanese, LiveScience

Publicado em 19/05/2020