A ferramenta de código aberto otimiza a colocação de implantes de cérebro visual

Pesquisadores do Instituto de Neurociência da Holanda colaboraram com várias universidades para desenvolver uma nova ferramenta de código aberto que pode ser usado para otimizar a colocação dos implantes do cérebro visual em larga escala. A pesquisa é publicada no Jornal de Engenharia Neural.

Aproximadamente 40 milhões de pessoas sofrem de cegueira em todo o mundo, um número que deve aumentar nos próximos anos. O grupo de Pieter Roelfsema está trabalhando em eletrodos que podem ser implantados diretamente no córtex visual do cérebro, o que poderia eventualmente restaurar uma forma rudimentar de visão.

Antonio Lozano, co-autor e pesquisador do grupo RoelfSema, construiu uma ferramenta que pode otimizar a colocação desse implante. “O cérebro de todo mundo é diferente, então nem toda matriz ou design de chips será adequado para todas as pessoas”, explica ele. “A localização de um implante deve, portanto, ser adaptada para cada caso individual”.

Globalmente, vários grupos de pesquisa estão desenvolvendo implantes cerebrais. “Estamos nos aproximando dos resultados tangíveis, mas não somos os únicos. Empresas como o Neuralink também estão progredindo muito rapidamente. Quando esses implantes atingirem ensaios clínicos, haverá tantos modelos e canais diferentes que a disponibilidade cirúrgica pode se tornar um grande gargalo”, explica Lozano.

Uma abordagem personalizada

Escolher onde implantar a prótese depende de vários fatores, mas a ferramenta de Lozano incorpora vários importantes. A primeira é a área total que precisa ser coberta (ou seja, qual é o tamanho do implante?). Outro fator importante é o rendimento: como o implante pode ser colocado de tal maneira que atinge o maior número possível de corpos celulares nervosos?

O terceiro fator depende da maneira como um implante envia seu sinal para o cérebro. Alguns designers de implantes podem decidir imitar o olho humano, criando implantes com um ponto de foco embutido. Nesse caso, o sinal do implante está mais concentrado no centro e menos próximo à periferia. Outras empresas podem criar um implante que distribua o sinal uniformemente, para que alguém tenha uma idéia melhor de todo o ambiente, mas sem ponto de foco claro.

A ferramenta também incorpora uma restrição de segurança. “Esta é provavelmente a parte mais crítica”, enfatiza Lozano enquanto aponta para um grande grupo de veias que cobrem o córtex visual do cérebro. “Danificar quaisquer veias devem ser evitadas a todo custo. Portanto, nosso algoritmo procura o ponto ideal que otimiza a saída e minimizando os riscos de segurança”.

Um algoritmo eficaz para a visão artificial

Para identificar o local ideal, a ferramenta de Lozano incorpora um conjunto de dados de Noah Benson, um cientista de dados sênior de Nova York. Usando o conjunto de dados, a ferramenta pode prever o que alguém verá quando o implante for colocado em um local específico. Se esse processo for repetido em vários locais, a ferramenta poderá identificar a posição ideal do implante para as necessidades visuais específicas da pessoa.

As etapas tomadas pela ferramenta podem ser comparadas às adotadas por um cirurgião, que identificariam as necessidades de uma pessoa e previam o local ideal por meio de um processo extenuante de tentativa e erro. “Nossa ferramenta não requer muito poder de computação, mas é muito eficiente”, acrescenta Lozano. “Um cirurgião poderia usar esse conjunto de dados de Nova York, atingir previsões reais e otimizar a localização do implante para centenas de pessoas”.

Como os dados são baseados em participantes com visão intacta, ainda não está claro o que uma pessoa cega poderá ver com esse implante. Para fins de pesquisa, o grupo de Lozano construiu um modelo VR no qual eles incorporam todas as informações disponíveis sobre o processo de estimulação. “Ainda não podemos saber com absoluta certeza como o cérebro responde à estimulação externa, mas esse modelo é nossa melhor previsão possível”.

Implementação em larga escala e eficaz

Um aspecto crucial da ferramenta de Lozano é que ela está disponível gratuitamente. “Esta é a chave”, acrescenta. “Queremos que outros laboratórios e organizações possam usar nossa ferramenta. Dessa forma, qualquer pessoa que tenha seu cérebro digitalizada possa acessá -lo e identificar facilmente onde o implante pode ser colocado para obter resultados seguros e ótimos”.

Embora a ferramenta já seja utilizável e acessível abertamente, Lozano continuará desenvolvendo sua ferramenta ainda mais. Esta atualização pode, por exemplo, levar implantes adicionais ou “tópicos flexíveis” em consideração. “A neurociência funciona em velocidades diferentes. Como meu trabalho requer apenas um computador, posso trabalhar com antecedência. Além disso, é um processo muito divertido”, diz ele.

Ainda assim, Lozano espera que a ferramenta atual seja efetiva assim que os implantes estejam prontos para ensaios clínicos. “Queremos tornar essa tecnologia o mais útil e segura possível para muitas pessoas. É por isso que estamos enfatizando sua larga escala. E não são apenas os grandes números. Com nossa ferramenta, os neurocirurgiões podem otimizar o design dos implantes cerebrais com eficiência. Eu definitivamente acho que isso será muito útil”.

Fornecido pelo Instituto Holanda de Neurociência – Knaw