O repleto BESTEIROL INFANTIZILADO da palestra de NICOLELIS: genes, circuitos e comportamentos. Será mesmo?

Palestra de Miguel Nicolelis - 2008

quanto besteirol no meio de 

...Nós estamos chegando perto de fazer algo que os nossos colegas fizeram há alguns anos na parte da genética, de não só reconhecer as sílabas do código neural, mas também de começar a tentar decodificar de verdade a linguagem usada pelos circuitos neurais para gerar comportamentos. ... para nós foi como a primeira imagem do telescópio Hubble para o cara que estava sentado no Jet Propulsion Lab na Califórnia, quando virou o botão e o telescópio Hubble ligou, e pela primeira vez ele olhou 15 bilhões de anos para o passado e encontrou uma galáxia ou uma protogaláxia... Para nós essa é a nossa protogaláxia, a primeira vez que dezenas de eletrodos foram implantados num circuito neural, o circuito somestésico do rato, e essa foi a primeira imagem jamais registrada de um circuito neural num rato que usava as vibrissas para explorar o ambiente.... ... Era como olhar para um pedaço do céu, ver uma estrela e tentar descobrir qual era a dinâmica de toda a galáxia em que essa estrela estava inserida. É difícil, né? Então essa é a primeira grande vantagem. A segunda é que a gente pode medir, como registramos cronicamente, as alterações contínuas que o cérebro sofre quando esse animal aprende algo ou quando ele se recupera de alguma injúria, de alguma patologia do sistema nervoso. O que a gente ganhou de troco aqui, que ninguém esperava quando essa técnica foi desenvolvida há 15 anos, foi a perspectiva de construir pela primeira vez ligações diretas do cérebro com máquinas, com robôs; e permitir que definitivamente, nos últimos dez anos principalmente, o cérebro se libertasse dos limites do corpo. ... uma beleza impressionante, é o princípio da homeostasia, em que o cérebro se adapta, e células individuais mudam o seu padrão de disparo fisiológico, mas quando você põe tudo isso junto num mesmo molho o número total de disparos elétricos é constante. Ou seja, existe um mecanismo de homeostasia que regula a função desses circuitos, que permite que a estatística de neurônios individuais mude sem que a estatística do universo neural seja afetada. Nicodelis, 2008. 

Palestra de Miguel Nicolelis. 2008. ... Professor e pesquisador da Universidade Duke, nos Estados Unidos. É também presidente do conselho do Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra e tem uma série de pesquisas na fronteira do conhecimento, articulando cérebro, próteses, movimento. 

Transcrição: ... Agora pretendo terminar mostrando um outro exemplo. Como é que nós, usando as mesmas ferramentas, conseguimos estabelecer hoje em dia interfaces entre o cérebro e máquinas e como a gente usa essas interfaces para estudar o código neural e também para criar uma nova geração de próteses neurais que, eu espero num futuro muito próximo, possam devolver mobilidade a pacientes que sofreram lesões severas do sistema nervoso central, que produziram paralisia permanente ou da parte inferior do corpo ou da parte abaixo do nível da lesão, como, por exemplo, uma lesão cervical. Essas interfaces usam a tecnologia que eu acabei de mostrar a vocês para ler os sinais neurais, processá-los em tempo real, isso significa algo como uma janela de tempo entre 200 e 300 milissegundos, decodificar esses sinais, remetê-los a um braço robótico e, usando sinais que vêm desse braço robótico, reproduzir nesse braço robótico a intenção voluntária motora desses pacientes ou desses animais. E através de feedback do braço robótico ao cérebro informar ao cérebro quão eficaz, quão acurado esses movimentos são, sem que o animal exercite nenhum tipo de movimento do próprio corpo, ou seja, ele usa o pensamento para controlar a produção de movimento que ele quer executar para ganhar uma tarefa ou realizar uma taref a, e ele recebe a informação instantânea de quão bom foi esse movimento. Essas são agora as áreas do cérebro de um macaco reso, onde a gente faz esses implantes no córtex motor e no córtex sensorial e posterior parietal, uma área associativa. E esse é o experimento que vocês vão ver... Eu vou terminar agora mostrando a vocês, tanto para os membros superiores como para os membros inferiores. Então vocês têm que entender esse cartoon para poder entender a seqüência de filmes que eu vou mostrar. Então, vejam só, o macaco aprende a jogar um jogo de videogame como a gente joga. Ele segura o joystick e controla um cursor que tem como função nesse jogo em particular pegar um outro objeto que aparece em posições aleatórias no monitor. Enquanto ele aprende a jogar esse jogo, a gente registra a atividade neural desse macaco e tenta decodificar as informações motoras contidas nessas centenas de neurônios de tal maneira a remeter para um braço mecânico robótico as informações, os comandos, que o macaco manda para o próprio braço. Por quê? Porque a gente quer que esse braço reproduza os movimentos que o animal usa para jogar o videogame e ganhar o videogame. Esse robô manda informações visuais para a tela, que permite ao animal julgar quão bem esse movimento está sendo realizado. Hoje em dia a gente também descobriu uma outra forma de fazer isso, que é mandar sinais táteis e sinais que denotam a posição do braço robótico no espaço de volta para o cérebro do animal, ou através da pele, ou mais recentemente através de eletrodos diretamente no cérebro. M as isso é uma outra história que eu conto depois. Chega um momento em que o animal está jogando esse jogo como qualquer um dos nossos filhos, ou até melhor. Um desses macacos realmente jogou melhor que o meu filho e foi uma situação meio desesperadora para ele, por alguns dias pelo menos. O que a gente faz? A gente remove o joystick, e, sem falar nada, informa a esses animais que agora o jogo tem que ser jogado sem joystick. E por tentativa e erro eles aprendem que chegou o momento de pensar em como jogar o jogo, porque a nossa interface cérebro-máquina agora vai ler os pensamentos motores do animal, decodificar a sua intenção motora, remetê-la para esse braço mecânico, e agora os nossos macacos vão usar esse braço mecânico como agente efetor para jogar o videogame. E é aí que se deu o nascimento desse campo, dessa área, com a criação da primeira interface cérebro-máquina que permitiu a um cérebro de primata escapar do corpo, esquecer das limitações do corpo e utilizar uma ferramenta criada por outro cérebro de primata para realizar o seu sonho de ganhar suco de laranja brasileiro cada vez que ele acertava o alvo na tela do monitor. Então o que eu vou apresentar para vocês é a seqüência de filmes mostrando a nossa primeira macaca, a Aurora, que realizou toda essa seqüência de aprendizado... Eu não vou mostrar a matemática dos modelos, mas eles são modelos lineares de regressão múltipla. E aqui neste slide a gente vê a Aurora jogando, ela está usando aqui a mão esquerda para mover esse cursor, cada vez que o alvo aparece ela cruza o centro do alvo e ganha uma recompensa líquida, que é o suco de laranja brasileiro. Vocês vêem que ela tenta adivinhar. Apesar de ser da Ásia, ela joga que nem brasileiro, ela tenta adivinhar aonde vai aparecer o alvo com esses movimentos rápidos da mão e, quando o alvo aparece, ela tenta criar a trajetória mais rápida, que cruze o centro daquele alvo, e é por isso que a maioria dessas trajetórias são curvilíneas, porque a inércia do braço dela a leva para uma direção, leva para outra; quando o alvo aparece, ela tem que corrigir a trajetória e achá-la. Ela consegue jogar isso com 95%, 96% de acurácia, 3 mil vezes por dia, quase 500 ml de suco de laranja. O paraíso dos primatas da Duke é esse jogo aqui. No momento em que nós descobrimos que éramos capazes de prever até 21 parâmetros motores simultaneamente, da mesma população neural, o que responde a uma das questões que eu coloquei no começo da aula, um dos prepostos de Hebb (Veja publicação a seguir nesse Blog sobre o livro de Hebb), da mesma população de neurônios registrados simultaneamente, nós extraíamos até 21 diferentes parâmetros motores que eram usados para controlar o braço mecânico. O que nós fizemos então foi basicamente, pela primeira vez aqui em 2003, remover o joystick e basicamente deixar a Aurora imaginar os movimentos, porque daqui para a frente todas as trajetórias que vocês vão ver na tela são trajetórias sendo criadas pelo pensamento motor da Aurora e transmitido aos nossos computadores; os parâmetros motores sendo extraídos, remetidos a um braço robótico que se encontra do outro lado da sala, e é o punho, a mão do braço robótico que agora controla os movimentos desse cursor e é ele que vai atingir o alvo e permitir que a Aurora ganhe a recompensa de suco de laranja e libere caldas de dopaminas no seu cérebro como recompensa por atingir o alvo corretamente. E, como vocês devem imaginar, não tem o horário aqui, eu acho, mas esse filme foi feito às 3 da manhã, em uma noite, madrugada de inverno, na Duke University, do outro lado do vidro tem um espanhol, um russo e um brasileiro, que jamais esperavam que Aurora fosse fazer isso nessa noite, justo nessa noite. M as, para a nossa surpresa, ela continuou a jogar o jogo, sem se mexer, porque nesse momento o cérebro se libertou da necessidade de utilizar o corpo para realizar sua vocação motora. Ela não vê o braço que é um braço industrial e o movimento do braço apavora qualquer primata e qualquer lady primata como a Aurora, né? M as o que ela vê é o trabalho do braço, porque essas trajetórias são realizações do trabalho motor do braço. E é isso que treina o cérebro dela a melhorar, e melhorar, e melhorar, porque é um feedback visual que faz com que ela melhore sua performance. Mas o interessante aqui é que ela não deu bola para o fato de que não precisa mexer o braço. Ela aprendeu a imaginar o que era preciso para mexer o braço, sem que fosse necessária a realização do movimento. E isso é demonstrado no próximo slide pelo fato de que, quando ela usava o joystick, nós documentamos as contrações dos diferentes grupos musculares do braço fazendo o movimento. Mas no momento em que ela usa a interface cérebro-máquina os movimentos desaparecem, então o que vocês vêem é uma linha horizontal, que não há nenhuma atividade motora. M ais recentemente... Primeiro eu vou mostrar para vocês o novo braço da Aurora, que para todos os efeitos, depois de algumas semanas usando esta interface, ela não só pode usá-lo para jogar o jogo como também pode usar seus braços biológicos para coçar as costas, pegar o outro objeto, tentar apanhar o cientista que passa do lado, para uma conversa mais próxima. Só que com os caninos de mais de 5 centímetros, essa conversa mais próxima não é muito desejável, pelo menos do ponto de vista do pesquisador. Mas, para todos os efeitos, essa interface permitiu que Aurora operasse no seu dia-a-dia com três braços. E eu não tenho tempo para mostrar isso nesse momento, mas, na análise que fizemos da atividade neural do córtex da Aurora, o que nós observamos é que lentamente as propriedades dinâmicas do braço robótico foram incorporadas aos mapas que representam o corpo da Aurora dentro do próprio cérebro, de tal maneira que aquele braço passou a ser a extensão do corpo da Aurora. É como um... – eu sempre uso esse exemplo - ...um tenista que começa a jogar bem, começa a jogar e de repente está jogando muito bem, aquela raquete não é mais um objeto, uma ferramenta criada para jogar tênis, aquela raquete passa a ser a extensão da representação do corpo daquele indivíduo dentro do próprio cérebro. E essa é uma das grandes, talvez das mais influentes, descobertas desses experimentos; é que esse nosso senso de ser, essa nossa sensação de existir e de ter um corpo finito, o nosso cérebro nos permite experimentar a sensação de ser além da última camada de epitélio do corpo. Essa sensação se expande até a última camada de átomos da ferramenta que o nosso cérebro controla, seja ela a nossa roupa, o nosso carro, o robô do outro lado da rua ou, como eu vou mostrar daqui a um minuto, pernas robóticas do outro lado do mundo. Porque um macaco como Aurora, há mais ou menos dois meses, uma macaca, perdão, é o ano internacional, o mês internacional da mulher, o dia internacional da mulher, algo parecido, eu estou procurando o dia internacional do homem, eu não encontrei ainda, mas... Temos que criar, porque nós estamos ficando maioria agora. Essa outra macaca aqui se chama Idoya, o que ela fez foi imaginar os movimentos, eu vou mostrar rapidamente, das pernas, enquanto andando em uma esteira como a nossa, esses sinais foram remetidos para o Japão, um robô, o robô mais sofisticado bípede que existe no mundo, começou a andar sob o controle do cérebro da Idoya e mandou de volta para os Estados Unidos a confirmação de que os movimentos estavam ocorrendo como o planejado. Tudo isso em mais ou menos 226 milissegundos. Vinte milissegundos mais rápido do que leva para o sinal da cabeça da Idoya ser produzido e chegar às pernas biológicas dela. Esta aqui é a Clementine. E a Clementine joga um joguinho um pouquinho mais complexo, ela está em um ambiente virtual, com aqueles óculos de luz polarizados que a gente usava para ir ao cinema, para ver imagens tridimensionais. Ela está em um ambiente virtual completo, imersa. E o que ela faz é usar o cérebro para comandar essa esf era e achar outra esfera, nesse ambiente que parece um pequeno Universo. O movimento que vocês vêem no background informa a Clementine onde é que a próxima esfera vai aparecer. A flecha informa a direção da força que ela tem que aplicar para conseguir pegar a esfera e a magnitude da força, porque essa flecha muda de tam anho, ela consegue integrar essas três variáveis visuais e produzir este tipo de movimento que vocês viram, que é altamente preciso, envolvendo três diferentes dimensões. Ela está jogando o jogo com o cérebro. Curiosamente, no caso da Clementine, a ilusão foi tão real, que a gente colocava ela nesse ambiente virtual nos últimos meses e, ela punha os óculos e de repente tentava pegar as esf eras. Evidentemente as esf eras não existem, elas são projetadas, mas ela tinha a sensação real de que havia esf eras andando pelo ambiente. Então essa é a Idoya... A gente não sabia, mas macacos reso, se o corpo está suspenso, conseguem andar como nós. A maquinaria está presente, mas eles preferem andar de quatro, que é muito mais fácil, muito mais elegante e dá muito menos trabalho. O que vocês vêem aqui é uma trade new de macaco, hidráulica, para não produzir nenhum ruído elétrico, e ela basicamente segue o ritmo da trade new, com diferentes velocidades, ela anda para a frente, para trás, sobe, desce, faz programas, como qualquer programa que nós fazemos na esteira. E enquanto isso a gente registra o cérebro, a gente mapeia, usando luz fluorescente, usando uma marcação fluorescente, que é uma tinta fluorescente, como de um jogo, que acho que se chama paint ball, nós conseguimos marcar as articulações com essa tinta fluorescente e visualizar, usando três câmeras na sala, a posição dessas articulações continuamente no tempo. E registramos a atividade cerebral e observamos que a combinação de mais ou menos 300 células do córtex motor e somestésico desse animal nos permitem reproduzir o padrão de locomoção com aproximadamente 90% de acurácia. O que é mais alto do que a gente conseguia com os membros superiores. Então a gente pode fazer a Idoya andar com diferentes padrões de velocidade e basicamente prever as trajetórias de cada uma das articulações e as trajetórias das pernas, de uma maneira geral em diferentes velocidades, em diferentes direções, em diferentes programas e ritmos de locomoção. E foi aí que a gente basicamente realizou um experimento que consistiu em pôr a Idoya andando, nos Estados Unidos, às 5 da manhã, e que foi o maior desafio do experimento, evidentemente, e enquanto ela andava, registrar a atividade de 300 células, simultaneamente, decodificar os sinais do cérebro, remetê-los ao Japão e observar, pela primeira vez, como é ter um robô japonês que anda como primata. Esse é o CB 1, que um dia desses vai ser conhecido na história da robótica e ter mais fama que os robôs do Spielberg. Então ele arma, no momento em que o sinal do cérebro chega dos Estados Unidos, ele começa a reproduzir o padrão de locomoção. E uma câmera posicionada aqui atrás, outra aqui na frente, sensores ao longo da perna do robô geram sinais que são remetidos de volta, para que a Idoya tenha a sensação do que é andar no Japão estando na Carolina do Norte. E evidentemente esse robô agora podia estar na superfície de Marte, podia estar na superfície de Vênus e a Idoya podia estar na praia de Ponta Negra, em Natal [Rio Grande do Norte], sentada, olhando o mar, imaginando como se anda em M arte e sentindo o que é andar em Marte... O seu cérebro, o cérebro dela, o meu, o nosso, um dia desses vai ter a possibilidade de não só controlar e realizar um desejo motor a milhões de quilômetros como recebê-lo de volta, instantaneamente, claro, com o delay da distância de transmissão, o que é estar presente no local onde a realização do pensamento da atividade neural produz um comportamento. E a nossa expectativa - é claro que nós não podemos perguntar para a Idoya como é isso, qual é a sensação de experimentar controlar algo a milhões de quilômetros -, a minha sensação é de que no momento em que isso se tornar algo real e que pacientes possam se vestir com a veste robótica e usar os próprios cérebros para controlar os movimentos dessa veste que vai carregá-los de volta à vida, literalmente, para novamente ter a possibilidade de andar pelo ambiente e exercitar esse quase milagre, que é transformar uma tempestade elétrica neural em movimento, a minha primeira pergunta vai ser: “Como p? Como p sentir a sensação de ter um cérebro que se libertou do corpo e hoje controla algo que nós mesmos criamos?”. Porque nesse momento a definição da nossa própria espécie muda, ela deixa de ser Homo habilis, o homem que cria, o animal que cria a ferramenta, e passa a ser o homo que cria a ferramenta e a incorpora como se ela fosse parte de nós mesmos. Essa é a nossa expectativa, de que um dia toda essa ciência, toda essa série de experimentos, se transforme em algo real, real do ponto de vista clínico, que é uma interface cérebro­máquina que hoje constituiu o que hoje chamamos de neuroprótese. E que permita que o paciente ao imaginar, porque nós sabemos hoje que esses pacientes continuam a imaginar os movimentos, que a atividade cerebral continua a ser produzida quando esse paciente pensa em se mexer. Ele não se mexe porque essa informação não chega à medula espinal e não chega aos músculos. M as, como dizia, a expectativa é de que um dia esses pacientes possam novamente sonhar em se mexer, imaginar esses movimentos, que essa informação seja capturada por um implante, um chip, como o que nós acabamos de mostrar, e que, através de uma série de modelos matemáticos, essas intenções voluntárias de movimento possam ser traduzidas em movimento de verdade. E a expectativa é de que essa veste seja realm ente quase de corpo inteiro, de tal maneira que o cérebro desses pacientes possa reproduzir todos os movimentos naturais que foram perdidos em decorrência da lesão do sistema nervoso.Nós já começamos a realizar os primeiros registros e os primeiros experimentos em pacientes, como eu falei, em procedimentos neurocirúrgicos. Esse foi nosso primeiro trabalho, há três anos, com 11 pacientes, em que nós demonstramos que, usando a mesma tecnologia, os mesmos modelos matemáticos, nós conseguimos registrar a atividade como em macacos e, talvez o mais importante, conseguimos reproduzir os movimentos da mão do paciente em dez minutos durante o procedimento neurocirúrgico para a doença de Parkinson, o que sugere que essa tecnologia tem a possibilidade de se transformar em realidade. E parte dessa realidade, a gente espera, vai tomar forma e contribuir para esse esforço mundial, desse consórcio mundial que foi criado há três anos para realizar esse experimento aqui no Brasil, parte dessa realidade vai acontecer aqui, nas novas dependências do Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra, que já estão operando, que já estão trazendo de volta para o Brasil neurocientistas, que já estão constituindo hoje um dos maiores esforços privados de educação científica infanto-juvenil, com mil crianças participando de duas escolas, crianças da rede pública, do pior distrito escolar do país. Um projeto que envolve treinamento de professores da rede pública e que eu espero a partir da anuência do presidente da República, do ministro da Educação, como noticiado na Cientific American algumas semanas atrás, seja levado nos próximos três anos para 1 milhão de crianças que participam dos projetos educacionais do Cefet, das redes do Cefet no Brasil, de tal maneira que esses sonhos, que hoje podem soar como delírios, alucinações científicas, possam fazer com que mais sonhadores brasileiros nasçam, mesmo em regiões onde nunca no Brasil se associaram a produção científica, a educação científica e a transform ação de conhecimento de ponta e novas terapias, novos tratamentos, novas formas de revolucionar o mundo. E eu espero que um dia, daqui a 30 anos, uma dessas crianças que freqüentam nossa escola possa chegar aqui e dizer: “Fui eu que participei da primeira demonstração que o cérebro se libertou do corpo e voltou a sonhar".