Ciência e Tecnologia
publicado em 28/02/2013 às 16h10:00
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Foto: Katie Zhuang/Mguel Nicolelis/Duke University
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Equipe criou a chamada 'interface cérebro-cérebro Pesquisadora Carolina Kunicki durante pesquisa no IINN-ELS Miguel Nicolelis, líder do estudo.
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Equipe criou a chamada 'interface cérebro-cérebro" que conectou diretamente cérebro de dois ratos de forma que eles puderam se comunicar
Pesquisadora Carolina Kunicki durante pesquisa no IINN-ELS
Miguel Nicolelis, líder do estudo.

Estudo liderado pelo neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis, pesquisador do Centro de Neuroengenharia da Universidade de Duke (EUA), e pesquisadores do Instituto Internacional de Neurociências (IINN-ELS) de Natal (Brasil), descreve o funcionamento da primeira interface cérebro-cérebro que permite a transferência direta, em tempo real, de informações sensoriais e motoras entre os cérebros de ratos. A pesquisa foi publicada pela revista Scientific Reports nesta quinta-feira (28).

Os pesquisadores ligaram os cérebros de animais de Durham, Carolina do Norte (EUA); a outros nos Laboratório do IINN-ELS, em Natal, Rio Grande do Norte (Brasil).

De acordo com o estudo, a conquista pode permitir, no futuro, a ligação de vários cérebros para formar o que os pesquisadores denominaram de o primeiro "computador orgânico", permitindo o compartilhamento de informação motora e sensorial entre grupos de animais.

"Nossos estudos anteriores com interfaces cérebro-máquina tinham nos convencido de que o cérebro é muito mais plástico do que pensávamos," disse Nicolelis. " Naqueles experimentos, o cérebro foi capaz de se adaptar facilmente a aceitar estímulos vindos de dispositivos de fora do corpo e até mesmo aprender a processar luz infravermelha gerada por um sensor artificial. Então, a pergunta que norteou o presente estudo foi: já que o cérebro pode assimilar sinais de sensores artificiais, será que poderia também assimilar informações geradas por sensores vindos de um corpo diferente?".

Ratos treinados

Para testar essa hipótese, em uma série de experimentos, os pesquisadores primeiro treinaram pares de ratos para resolver um problema simples: pressionar a alavanca correta quando uma luz indicadora acendesse acima da alavanca, para obter um gole de água. Depois eles conectaram os cérebros dos dois animais por meio de duas matrizes de microelétrodos inseridos na área do córtex que processa a informação motora.

Um animal da dupla foi designado como o animal "codificador". Este animal recebeu um sinal visual que o informou qual alavanca pressionar para receber uma recompensa líquida. Uma vez que este rato "codificador" pressionou a alavanca correta, uma amostra da atividade cerebral que codificou a decisão comportamental dele foi traduzida para um padrão de estimulação elétrica, que foi enviado diretamente ao cérebro do segundo animal da dupla, conhecido como o animal "decodificador". O rato decodificador tinha os mesmos tipos de alavancas em sua câmara, mas não recebeu qualquer sinal visual indicando qual alavanca ele deveria pressionar para obter uma recompensa. Portanto, para pressionar a alavanca correta e receber a recompensa que desejava, o rato decodificador dependia do sinal transmitido pelo codificador por intermédio da interface cérebro-cérebro.

Os pesquisadores, então, realizaram testes para determinar quão bem o animal decodificador podia decifrar o sinal cerebral do rato codificador, para escolher a alavanca correta. Na média, o rato decodificador obteve uma taxa de sucesso de cerca de 70 por cento, apenas ligeiramente abaixo da possível taxa máxima de sucesso de 78 por cento, que os pesquisadores haviam considerado como possível. Esta taxa máxima era o que os pesquisadores descobriram que podiam conseguir, quando eles transmitiam sinais elétricos regulares diretamente para o cérebro do rato decodificador, que não tinham sido gerados pelo codificador.

Colaboração

É importante notar que a comunicação proporcionada por esta interface cérebro-cérebro (BTBI) foi de duas vias. Por exemplo, o rato codificador não recebia uma recompensa completa se o rato decodificador fizesse uma escolha errada. O resultado dessa contingência peculiar levou ao estabelecimento de uma "colaboração comportamental" entre o par de ratos, disse Nicolelis.

"Vimos que, quando o rato decodificador cometia um erro, o codificador basicamente, mudava tanto a sua a função cerebral quanto a comportamental, de modo a tornar mais fácil para o seu parceiro acertar"

"Vimos que, quando o rato decodificador cometia um erro, o codificador basicamente, mudava tanto a sua a função cerebral quanto a comportamental, de modo a tornar mais fácil para o seu parceiro acertar", disse Nicolelis. " O rato codificador melhorou a razão sinal/ruído de sua atividade cerebral que representava a decisão, e o sinal se tornou mais limpo e fácil de detectar. O rato codificador também tomou uma decisão mais rápida e mais limpa ao escolher a alavanca correta para pressionar.

Invariavelmente, quando o codificador fazia essas adaptações, o decodificador tomava a decisão certa com mais frequência, de forma que ambos conseguiam uma recompensa melhor." Numa segunda série de experimentos com esta BTBI, os pesquisadores treinaram pares de ratos para distinguir entre uma abertura estreita ou larga usando os seus bigodes faciais. Se a abertura era estreita, os ratos tinham que colocar o nariz numa porta do lado esquerdo da câmara, para receber uma recompensa. Quando a abertura era mais larga, eles tinham que colocar o nariz numa porta do lado direito. Então, os pesquisadores dividiram os ratos em codificadores e decodificadores. Os decodificadores foram treinados para associar pulsos de estimulação elétrica do córtex tátil com uma recompensa presente do lado esquerdo, enquanto a ausência dessa estimulação deveria ser indicada pelo animal com a colocação do nariz na porta à direita. Durante as tentativas em que o codificador detectou a largura da abertura e transmitiu a escolha para o cérebro do decodificador, o decodificador uma taxa de sucesso de cerca de 65 por cento, significativamente acima do que seria esperado apenas pelo acaso.

Ratos decodificadores

Depois de uma série de experimentos, os pesquisadores demonstraram que pares de ratos, conectados em dois continentes, ainda podiam trabalhar juntos na tarefa de discriminação tátil se valendo de uma interface cérebro-cérebro.

"Portanto, apesar de os animais estarem em continentes diferentes, com a transmissão ruidosa resultante e atrasos de sinal, eles ainda puderam se comunicar", disse Miguel Pais Vieira, pós- doutorando e primeiro autor do estudo. "Isso sugere que no futuro poderemos criar uma rede de cérebros de animais distribuídos em vários locais diferentes."

Nicolelis concluiu que "essas experiências mostraram que nós estabelecemos uma ligação de comunicação direta e sofisticada entre cérebros e que o cérebro decodificador funciona como um dispositivo de reconhecimento de padrão. Então, basicamente, estamos criando uma espécie de computador orgânico. Tal computador resolve um quebra-cabeça de forma diferente de uma " máquina de Turing'", disse ele. Uma "máquina de Turing" é o clássico modelo computacional usado por todos os computadores comerciais, no qual um computador opera os dados utilizando um conjunto pré-determinado de instruções, também conhecido como um algoritmo, para chegar a uma solução.

"Mas, neste caso, não estamos introduzindo instruções e sim apenas um sinal que representa uma decisão tomada pelo rato codificador, que é transmitido ao cérebro do animal decodificador, que tem que descobrir como resolver o quebra-cabeça. Então, nós basicamente criamos um sistema nervoso central composto dos cérebros de dois ratos". Nicolelis observou que, em teoria, tal sistema não está limitado a um par de animais, mas poderia incluir uma rede de cérebros que ele chamou de "Brainet".

" Rede cerebral"

Pesquisadores da Duke e do IINN-ELS estão agora trabalhando em experimentos para vincular vários animais cooperativamente, para resolver tarefas comportamentais mais complexas. Nicolelis introduziu originariamente o conceito de uma " rede cerebral" em seu livro Muito Além do Nosso Eu: a nova Neurociência que une cérebros e máquinas e como ela pode mudar nossas vidas (Cia das Letras, 2011).

"Nós não podemos sequer prever que tipos de propriedades emergentes surgirão quando os animais começarem a interagir como parte de uma Brainet. Em teoria, você poderia imaginar que a combinação de cérebros poderia fornecer soluções que cérebros individuais não podem alcançar sozinhos. "Esta ligação até poderia significar que um animal incorporaria o senso de "eu" de outro animal" , disse ele. "De fato, os nossos estudos dos ratos decodificadores nestas experiências mostraram que o cérebro do decodificador começou a representar no seu córtex tátil não só os próprios bigodes, mas também os bigodes do rato codificador. Detectamos neurônios corticais que responderam a ambos os conjuntos de bigodes, o que significa que o rato criou uma segunda representação de um segundo corpo além do próprio". Estudos básicos de tais adaptações podem levar a um novo campo que Nicolelis chama de "neurofisiologia da interação social".

mcostand
Brain-to-brain interface transmits brain activity directly from one rat to another

"Para entender a interação social, poderíamos gravar a partir de cérebros dos animais enquanto eles estão socializando e analisar como o cérebro se adapta, por exemplo, quando um novo membro da colônia é introduzido" , disse ele.

Video

Um dos vídeos da pesquisa retrata o feito inédito. Nele aparece uma dupla de ratos transferindo informação motora cortical por meio da interface cérebro-cérebro. O círculo amarelo indica a escolha correta em cada câmara comportamental. O áudio é a atividade de um conjunto de neurônios M1. Imediatamente após a recompensa do codificador, um padrão é enviado ao córtex motor primário do rato decodificador. Note que, depois que o decodificador decide pela alavanca certa, o rato codificador recebe a segunda recompensa em uma única tentativa.

Veja mais informações sobre o artigo A Brain-to-Brain Interface for Real-Time Sharing of Sensorimotor Information, publicado na Scientific Reports.

Fonte: Isaude.net
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