Por que a comunicação entre o cérebro e o cérebro não é mais impensável?

Telepatia, por volta do século XXI: A fusão da mente vulcana, realizada tocando as têmporas com as pontas dos dedos, é uma técnica aceita para avançar o enredo de um episódio de “Jornada nas Estrelas” com um mínimo de diálogo, compartilhando impressões sensoriais, memórias e pensamentos entre personagens não humanos.

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Telepatia, 2015: No Centro de Engenharia Neural Sensorimotora da Universidade de Washington, uma jovem usa uma touca de eletroencefalograma, cravejada de eletrodos que podem ler as minúsculas flutuações de voltagem em seu cérebro. Ela está jogando um jogo, respondendo perguntas voltando seu olhar para uma das duas luzes estroboscópicas rotuladas como "sim" e "não". A luz "sim" está piscando 13 vezes por segundo, o "não" às 12, e a diferença é pequeno demais para ela perceber, mas suficiente para um computador detectar no disparo de neurônios em seu córtex visual. Se o computador determina que ela está olhando para a luz "sim", ele envia um sinal para uma sala em outro prédio, onde outra mulher está sentada com uma bobina magnética posicionada atrás da cabeça. Um sinal de “sim” ativa o imã, causando uma breve perturbação no campo visual do segundo sujeito, um flash virtual (um “fosféno”) que ela descreve como semelhante à aparência de um raio de calor no horizonte. Desta forma, as primeiras respostas da mulher são transmitidas para outra pessoa em todo o campus, indo "Star Trek" um melhor: trocar informações entre duas mentes que não estão nem no mesmo lugar.

Para quase toda a história humana, apenas os cinco sentidos naturais eram conhecidos por servirem como um caminho para o cérebro, e a linguagem e o gesto como os canais para fora. Agora, os pesquisadores estão violando esses limites da mente, movendo as informações para dentro e para fora e através do espaço e do tempo, manipulando-as e potencializando-as. Este experimento e outros têm sido uma “demonstração para iniciar a conversa”, diz o pesquisador Rajesh Rao, que conduziu o projeto com seu colega Andrea Stocco. A conversa, que provavelmente dominará a neurociência durante grande parte deste século, mantém a promessa de uma nova tecnologia que afetará dramaticamente a forma como tratamos a demência, derrame e lesões na medula espinhal. Mas também será sobre a ética de novas ferramentas poderosas para melhorar o pensamento e, em última análise, a própria natureza da consciência e da identidade.

Esse novo estudo surgiu do trabalho de Rao em “interfaces cérebro-computador”, que processam impulsos neurais em sinais que podem controlar dispositivos externos. Usar um EEG para controlar um robô que pode navegar por uma sala e pegar objetos - o que Rao e seus colegas demonstraram já em 2008 - pode ser um dia comum para os tetraplégicos.

Esqueletos robóticos com sensores táteis, mantidos aqui por Miguel Nicolelis, detectam mudanças de posição, temperatura e pressão e enviam essa informação ao cérebro. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) Para monitorar o cérebro de forma não invasiva, Rajesh Rao se adapta aos participantes do estudo com tampas EEG e adiciona gel condutivo para que o couro cabeludo e os eletrodos façam um bom contato. (Jose Mandojana) O equipamento utilizado pelos pesquisadores na demonstração incluiu uma tampa de EEG, eletrodos de EEG, cabos, uma caixa de controle e um amplificador de sinal. (Jose Mandojana) Macacos em um estudo recente usaram seus cérebros para controlar um braço virtual e manipular objetos virtuais. Os sinais elétricos enviados de volta ao cérebro imitavam o sentido do tato. (Nicolelis Lab) Pesquisadores estão violando os limites da mente, movendo a informação para dentro e para fora e através do espaço e do tempo. (Jose Mandojana) Pesquisadores da Universidade de Washington Rajesh Rao (à esquerda) e Andrew Stocco (à direita) participam da primeira demonstração de interface cérebro-a-cérebro. (Universidade de Washington )

No que Rao diz ser o primeiro exemplo de uma mensagem enviada diretamente de um cérebro humano para outro, ele pediu à Stocco para ajudar a jogar um jogo do tipo “Space Invaders”. Enquanto uma pessoa observava o ataque em uma tela e se comunicava usando apenas o pensamento como o melhor momento para disparar, a outra recebeu um impulso magnético que fez com que sua mão, sem esforço consciente, pressionasse um botão em um teclado. Depois de alguma prática, diz Rao, eles ficaram muito bons nisso.

"Isso é bom", eu disse, quando ele descreveu o procedimento para mim. "Você pode levá-lo a tocar piano?"

Rao suspirou. "Não com qualquer coisa que estamos usando agora."

Por tudo que a ciência estudou e mapeou o cérebro nas últimas décadas, a mente continua sendo uma caixa preta. Um famoso ensaio de 1974 do filósofo Thomas Nagel perguntou: “Como é ser um morcego?” E concluiu que nunca saberemos; outra consciência - a de outra pessoa, quanto mais um membro de outra espécie - nunca pode ser compreendida ou acessada. Para Rao e alguns outros abrirem essa porta, uma pequena rachadura, então, é uma conquista notável, mesmo que o trabalho tenha, em sua maioria, ressaltado o tamanho do desafio, conceitual e tecnologicamente.

O poder de computação e a programação estão à altura do desafio; o problema é a interface entre o cérebro e o computador, e especialmente o que vai na direção do computador para o cérebro. Como você entrega um sinal para o grupo certo de células nervosas entre os estimados 86 bilhões em um cérebro humano? A abordagem mais eficiente é um transceptor implantado que pode ser programado para estimular pequenas regiões do cérebro, até mesmo para um único neurônio. Tais dispositivos já estão em uso para "estimulação cerebral profunda", uma técnica para tratar pacientes com Parkinson e outras desordens com impulsos elétricos. Mas uma coisa é realizar uma cirurgia no cérebro para uma doença incurável e outra coisa para fazer como parte de um experimento cujos benefícios são especulativos na melhor das hipóteses.

Então Rao usou uma técnica que não envolve a abertura do crânio, um campo magnético flutuante para induzir uma pequena corrente elétrica em uma região do cérebro. Parece ser seguro - seu primeiro voluntário foi seu colaborador, Stocco -, mas é um mecanismo grosseiro. A menor área que pode ser estimulada dessa maneira, diz Rao, não passa de um centímetro. Isso limita sua aplicação a movimentos motores brutos, como apertar um botão, ou simples comunicação sim ou não.

Outra maneira de transmitir informações, chamada ultrassonografia focalizada, parece ser capaz de estimular uma região do cérebro tão pequena quanto um grão de arroz. Enquanto as aplicações médicas para ultra-som, como imagens e ablação de tecidos, usam altas freqüências, de 800 kilohertz até a faixa de megahertz, uma equipe liderada pelo radiologista de Harvard Seung-Schik Yoo descobriu que uma freqüência de 350 kilohertz funciona bem e aparentemente segura, para enviar um sinal para o cérebro de um rato. O sinal originou-se com um voluntário humano equipado com um EEG, que amostrou suas ondas cerebrais; quando ele se concentrava em um padrão específico de luzes na tela do computador, um computador enviava um sinal de ultra-som para o rato, que movia sua cauda em resposta. Yoo diz que o rato não mostrou efeitos negativos, mas a segurança do ultrassom focado no cérebro humano não é comprovada. Parte do problema é que, diferentemente da estimulação magnética, o mecanismo pelo qual as ondas de ultrassom - uma forma de energia mecânica - cria um potencial elétrico não é totalmente compreendido. Uma possibilidade é que ele opere indiretamente “abrindo” as vesículas, ou sacos, dentro das células do cérebro, inundando-as com neurotransmissores, como entregar uma dose de dopamina exatamente na área certa. Alternativamente, o ultra-som pode induzir a cavitação - borbulhamento - na membrana celular, alterando suas propriedades elétricas. Yoo suspeita que o cérebro contenha receptores para estimulação mecânica, incluindo ultrassom, que foram negligenciados por neurocientistas. Tais receptores explicariam o fenômeno de "ver estrelas", ou lampejos de luz, de um golpe na cabeça, por exemplo. Se a ultrassonografia focada for comprovadamente segura e se tornar uma abordagem viável para uma interface cérebro-computador, ela abriria uma ampla gama de possibilidades inexploradas - na verdade, mal imaginadas.

A comunicação verbal direta entre indivíduos - uma versão mais sofisticada do experimento de Rao, com duas pessoas conectadas trocando declarações explícitas apenas por pensá-las - é a aplicação mais óbvia, mas não está claro se uma espécie que possui linguagem precisa de uma maneira mais avançada tecnologicamente para dizer “ Estou atrasado ”, ou até mesmo“ eu te amo ”. John Trimper, doutorando em Psicologia da Emory University, que escreveu sobre as implicações éticas das interfaces cérebro-a-cérebro, especula que a tecnologia“ especialmente através de redes sem fio transmissões, poderiam eventualmente permitir que soldados ou policiais - ou criminosos - se comuniquem silenciosa e secretamente durante as operações ”. Isso seria no futuro distante. Até agora, a mensagem mais rica em conteúdo enviada de cérebro a cérebro entre humanos viajou de um assunto na Índia para um em Estrasburgo, na França. A primeira mensagem, laboriosamente codificada e decodificada em símbolos binários por um grupo baseado em Barcelona, ​​era “ hola ”. Com uma interface mais sofisticada, pode-se imaginar, digamos, uma vítima de acidente vascular cerebral paralisada se comunicando com um cuidador - ou com seu cachorro. Ainda assim, se o que ele está dizendo é: "Traga-me o jornal", há, ou haverá em breve, sintetizadores de fala - e robôs - que podem fazer isso. Mas e se a pessoa for Stephen Hawking, o grande físico afligido pela ALS, que se comunica usando um músculo da bochecha para digitar as primeiras letras de uma palavra? O mundo certamente poderia se beneficiar de um canal direto para sua mente.

Talvez ainda estejamos pensando muito pequeno. Talvez um análogo à linguagem natural não seja o aplicativo matador para uma interface de cérebro para cérebro. Em vez disso, deve ser algo mais global, mais ambicioso - informações, habilidades e até insumos sensoriais brutos. E se os estudantes de medicina pudessem baixar uma técnica diretamente do cérebro do melhor cirurgião do mundo, ou se músicos pudessem acessar diretamente a memória de um grande pianista? "Existe apenas uma maneira de aprender uma habilidade?", Reflete Rao. “Pode haver um atalho, e isso é trapaça?” Não precisa nem envolver outro cérebro humano do outro lado. Poderia ser um animal - como seria experimentar o mundo através do cheiro, como um cachorro - ou pela ecolocalização, como um morcego? Ou pode ser um mecanismo de pesquisa. “Ele está trapaceando em um exame se você usa seu smartphone para pesquisar coisas na Internet”, diz Rao, “mas e se você já estiver conectado à Internet através do seu cérebro? Cada vez mais a medida do sucesso na sociedade é a rapidez com que acessamos, digerimos e usamos as informações que estão por aí, não o quanto você pode acumular em sua própria memória. Agora fazemos com nossos dedos. Mas há algo inerentemente errado em fazer isso apenas pensando? ”

Ou pode ser o seu próprio cérebro, carregado em algum momento providencial e preservado digitalmente para acesso futuro. "Digamos que anos depois você tenha um derrame", diz Stocco, cuja mãe teve um derrame aos 50 anos e nunca mais voltou a andar. “Agora, você vai para a reabilitação e é como aprender a andar de novo. Suponha que você possa simplesmente baixar essa habilidade em seu cérebro. Não funcionaria perfeitamente, muito provavelmente, mas seria uma grande vantagem começar a recuperar essa capacidade. ”

Miguel Nicolelis, um neurocientista criativo da Duke e palestrante hipnotizante no circuito TED Talks, sabe o valor de uma boa demonstração. Para a Copa do Mundo de 2014, Nicolelis - um aficionado de futebol nascido no Brasil - trabalhou com outros para construir um exoesqueleto robótico controlado por impulsos de EEG, permitindo que um jovem paraplégico fizesse o primeiro chute cerimonial. Grande parte de seu trabalho agora é sobre a comunicação cérebro a cérebro, especialmente nas técnicas altamente esotéricas de vincular mentes para trabalhar juntas em um problema. As mentes não são humanas, então ele pode usar implantes de eletrodos, com todas as vantagens que ele transmite.

Um de seus experimentos mais impressionantes envolveu um par de ratos de laboratório, aprendendo juntos e se movendo em sincronia enquanto se comunicavam através de sinais cerebrais. Os ratos foram treinados em um recinto com duas alavancas e uma luz acima de cada um. A luz da esquerda ou da direita piscaria, e os ratos aprenderam a pressionar a alavanca correspondente para receber uma recompensa. Então eles foram separados, e cada um equipado com eletrodos para o córtex motor, conectados através de computadores que amostravam os impulsos cerebrais de um rato (o "codificador"), e enviavam um sinal para um segundo (o "decodificador"). O rato "codificador" veria um clarão de luz - digamos, o esquerdo - e pressionaria a alavanca do lado esquerdo por sua recompensa; na outra caixa, ambas as luzes piscariam, de modo que o "decodificador" não saberia qual alavanca apertar - mas ao receber um sinal do primeiro rato, ele também iria para a esquerda.

Nicolelis acrescentou um toque inteligente a esta demonstração. Quando o rato decodificador fez a escolha correta, ele foi recompensado e o codificador recebeu uma segunda recompensa também. Isso serviu para reforçar e fortalecer os processos neurais (inconscientes) que estavam sendo amostrados em seu cérebro. Como resultado, ambos os ratos se tornaram mais precisos e rápidos em suas respostas - "um par de cérebros interconectados ... transferindo informações e colaborando em tempo real". Em outro estudo, ele conectou três macacos para controlar um braço virtual; cada um poderia movê-lo em uma dimensão e, enquanto observavam uma tela, aprendiam a trabalhar juntos para manipulá-lo no local correto. Ele diz que pode imaginar o uso dessa tecnologia para ajudar uma vítima de derrame cerebral a recuperar certas habilidades conectando seu cérebro com o de um voluntário saudável, ajustando gradualmente as proporções de dados até que o cérebro do paciente esteja fazendo todo o trabalho. E ele acredita que esse princípio poderia ser estendido indefinidamente, para alistar milhões de cérebros para trabalharem juntos em um “computador biológico” que lidava com questões que não poderiam ser colocadas, ou respondidas, em forma binária. Você poderia perguntar a essa rede de cérebros o significado da vida - talvez você não conseguisse uma boa resposta, mas, ao contrário de um computador digital, "pelo menos" entenderia a pergunta. Ao mesmo tempo, Nicolelis critica os esforços para emular a mente em um computador digital, não importa o quão poderoso, dizendo que eles são "falsos e um desperdício de bilhões de dólares". O cérebro funciona por princípios diferentes, modelando o mundo por analogia . Para transmitir isso, ele propõe um novo conceito que ele chama de "informação gödeliana", em homenagem ao matemático Kurt Gödel; é uma representação analógica da realidade que não pode ser reduzida a bytes, e nunca pode ser capturada por um mapa das conexões entre os neurônios (“Upload Your Mind”, veja abaixo). “Um computador não gera conhecimento, não realiza introspecção”, diz ele. "O conteúdo de um rato, macaco ou cérebro humano é muito mais rico do que poderíamos simular por processos binários."

A ponta desta pesquisa envolve próteses cerebrais reais. Na Universidade do Sul da Califórnia, Theodore Berger está desenvolvendo uma prótese baseada em microchip para o hipocampo, a parte do cérebro de mamíferos que processa impressões de curto prazo em memórias de longo prazo. Ele toca nos neurônios do lado da entrada, executa o sinal por meio de um programa que imita as transformações que o hipocampo normalmente realiza e o envia de volta ao cérebro. Outros usaram a técnica de Berger para enviar a memória de um comportamento aprendido de um rato para outro; o segundo rato aprendeu a tarefa em muito menos tempo do que o habitual. Com certeza, esse trabalho só foi feito em ratos, mas como a degeneração do hipocampo é uma das marcas da demência em seres humanos, diz-se que o potencial dessa pesquisa é enorme.

Dadas as afirmações abrangentes sobre o futuro potencial da comunicação entre os cérebros, é útil listar algumas das coisas que não estão sendo reivindicadas. Não há, em primeiro lugar, nenhuma implicação de que os humanos possuam qualquer forma de telepatia natural (ou sobrenatural); As voltagens piscando dentro do seu crânio não são fortes o suficiente para serem lidas por outro cérebro sem o aprimoramento eletrônico. Nem os sinais (com qualquer tecnologia que possuímos ou imaginamos) podem ser transmitidos ou recebidos sub-repticiamente ou à distância. O funcionamento de sua mente é seguro, a menos que você dê a alguém a chave, submetendo-a a um implante ou a um EEG. No entanto, não é cedo demais para começar a considerar as implicações éticas dos desenvolvimentos futuros, como a capacidade de implantar pensamentos em outras pessoas ou controlar seu comportamento (prisioneiros, por exemplo) usando dispositivos projetados para esses fins. “A tecnologia está ultrapassando o discurso ético neste momento”, afirma Trimper, da Emory, “e é aí que as coisas ficam arriscadas”. Considere que grande parte do tráfego cerebral nessas experiências - e certamente qualquer coisa como a visão de centenas ou milhares de cérebros de Nicolelis. trabalhando juntos - envolve a comunicação pela Internet. Se você está preocupado agora com alguém hackeando suas informações de cartão de crédito, como você se sentiria em enviar o conteúdo de sua mente para a nuvem? Há outra pista, no entanto, em que a comunicação de cérebro para cérebro está sendo estudada. Uri Hasson, um neurocientista de Princeton, usa ressonância magnética funcional para pesquisar como um cérebro influencia o outro, como eles são acoplados em uma intrincada dança de pistas e feedback. Ele está se concentrando em uma técnica de comunicação que considera muito superior aos EEGs usados ​​com a estimulação magnética transcraniana, não é invasiva e segura e não requer conexão com a Internet. É, claro, a linguagem.