Nova visão de como o córtex motor humano codifica a caligrafia complexa

Comparados a outras espécies animais, os humanos podem planejar e executar tarefas motoras altamente sofisticadas, incluindo a capacidade de escrever personagens complexos usando suas mãos. Embora muitos estudos anteriores tenham tentado entender melhor os fundamentos neurais da caligrafia e outras capacidades motoras humanas complexas, elas ainda não foram totalmente elucidadas.

Estudos anteriores mostraram que o córtex motor desempenha um papel crucial na capacidade humana de traduzir intenções em ações. No entanto, os processos através dos quais permite a execução de movimentos precisos e seqüenciais, como os associados à manuscrita, são pouco conhecidos.

Pesquisadores da Universidade de Zhejiang, na China, realizaram recentemente um estudo com o objetivo de explorar ainda mais o papel do córtex motor humano na codificação de intrincadas manuscritas, como caracteres chineses. Suas descobertas, publicadas em Natureza comportamento humanosugere que isso codifica se desenrola através de uma sequência de estados neurais estáveis.

“Quando iniciamos este projeto em 2022, inicialmente pretendemos construir um sistema de interface de computador cerebral (BCI) em caligrafia (BCI)”, disse Yu Qi, primeiro autor do artigo, ao Medical Xpress. “Embora nosso sistema BCI possa decodificar bem a velocidade do movimento para o controle do cursor, a reconstrução da caligrafia chinesa estava longe de ser satisfatória.

“Ficamos frustrados na época, porque percebemos que a caligrafia é um movimento habilidoso e sofisticado, especialmente para caracteres chineses (> 3.500 caracteres frequentes compostos por 32 tipos de golpes), portanto, pode ser mais difícil em comparação com o controle do cursor”.

Apesar de seus resultados inicialmente decepcionantes, Qi e seus colegas continuaram trabalhando no BCI de caligrafia, explorando os processos através dos quais o cérebro, especificamente o córtex motor, codifica a caligrafia complexa. Por fim, seus esforços produziram uma nova visão interessante que lhes permitia melhorar sua interface de maníquia humana.

Como parte de seu estudo recente, eles realizaram uma série de experimentos nos quais um participante humano foi convidado a escrever 306 caracteres chineses distintos. Enquanto o participante estava concluindo a tarefa, os pesquisadores registraram atividades em seu córtex motor, para entender os processos envolvidos na codificação dos personagens e na execução da tarefa de caligrafia.

“A tarefa do experimento era simples”, explicou Qi. “Pedimos ao nosso participante que escrevesse caracteres chineses, um por um, com a orientação de um vídeo, assim como um jogo de karaokê para escrever. Gravamos a atividade neural de MC de unidade única de seu córtex motor (MC) com duas matrizes de microeletrodos enquanto ele realizava a tarefa de caligrafia”.

As gravações de atividade cerebral coletadas pelos pesquisadores forneceram novas idéias interessantes sobre os fundamentos da caligrafia, sugerindo que o córtex motor codifica a caligrafia complexa, dividindo -a em uma série de pequenos segmentos ou estados de movimento. Em seu artigo, Qi e seus colegas levantam a hipótese de que esses estados são as unidades primitivas de codificação de movimento.

“O movimento que codifica no MC mostrou uma propriedade dependente do estado que a função de codificação permanece estável dentro de cada estado, variando em grande parte entre os estados”, disse Qi. “Os decodificadores neurais tradicionais não consideraram essa propriedade neural dependente do Estado, de modo que não decodificou trajetórias de caligrafia.

“Essas descobertas nos inspiraram a propor o modelo de codificação e decodificação dependente do Estado, juntamente com o desenvolvimento de ferramentas computacionais como o TFC e o decodificador dependente do estado, que permitia a decodificação on-line de caligrafia chinesa”.

Este trabalho recente de Qi e seus colegas enriquece o entendimento atual de como o cérebro humano executa tarefas motoras mais avançadas que requerem altos níveis de precisão. No futuro, suas descobertas poderiam informar o desenvolvimento de novos BCIs que permitem que os usuários escrevam em um computador através de seus sinais cerebrais.

“Agora estamos nos concentrando no modelo de codificação e decodificação de movimentos finos mais sofisticados, e nosso próximo objetivo é construir o BCIS capaz de controlar diversos movimentos finos e sofisticados”, acrescentou Qi.

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