Um século atrás, a compreensão do cérebro pela ciência era primitiva, como a astronomia antes dos telescópios. Os médicos sabiam que certas lesões cerebrais causavam problemas específicos, como perda de fala ou visão. Os anatomistas identificaram as células nervosas, ou neurônios, como componentes-chave do cérebro e do sistema nervoso.
Neurociência cresce
Mas essas descobertas ofereceram uma visão confusa. Ninguém sabia como as células gerenciam coletivamente o controle sofisticado do cérebro de comportamento, memória ou emoções. E ninguém sabia como os neurônios se comunicam, ou as complexidades de suas conexões. Aliás, o campo de pesquisa conhecido como neurociência – a ciência do sistema nervoso – não existia, passando a ser conhecido como tal apenas a partir da década de 1960.
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Nos últimos cem anos, neurocientistas construíram seus telescópios. Tecnologias poderosas para perscrutar o interior revelaram constelações celulares que teriam surpreendido os primeiros pioneiros da ciência do cérebro. Eles revelaram que pelo menos cem tipos diferentes de células cerebrais se comunicam com dezenas de substâncias químicas distintas. Um único neurônio, descobriram os cientistas, pode se conectar a dezenas de milhares de outras células. A visão atual do cérebro é de tirar o fôlego.
No entanto, a neurociência, embora não esteja mais em sua infância, está longe de estar madura.
“Estamos em algum lugar provavelmente no início da parte intermediária”, diz Christof Koch, neurocientista do Instituto Allen em Seattle. “Ou no final do começo.”
Aprender sobre o cérebro é “um processo lento”, diz Koch. “Porque é tão complexo … atinge a parede do nosso entendimento.”
Hoje, entender a complexidade incômoda do cérebro é mais difícil do que nunca. Tecnologias avançadas e capacidade de computação expandida geram torrentes de informações. “Temos muito mais dados, bits de informação do que antes, ponto final”, diz Koch. No entanto, ainda não temos uma explicação satisfatória de como o cérebro funciona. Podemos nunca entender os cérebros da mesma forma que entendemos o arco-íris, ou os buracos negros, ou o DNA.
Revelações mais profundas podem vir do estudo da fonte do próprio poder excepcional do cérebro – as vastas matrizes de conexões neurais que movem informações de uma parte do cérebro para outra. Usando as mais recentes tecnologias de mapeamento cerebral, os cientistas começaram a desenhar mapas detalhados dessas rodovias neurais, compilando um atlas abrangente dos sistemas de comunicação do cérebro, conhecido como conectoma.
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Antes dos scanners sofisticados e dos computadores de alta potência, os cientistas dependiam de eventos naturais, como lesões infelizes em certas partes do cérebro, para fazer deduções sobre como o cérebro funcionava.
Esses eventos raros enfatizaram as funções de certas áreas do cérebro, em vez das conexões entre elas, diz Michael D. Fox, neurocientista e neurologista que dirige o Center for Brain Circuit Therapeutics no Hospital Brigham and Women’s em Boston.
Um derrame que danifica uma determinada parte do cérebro, por exemplo, rouba a linguagem de uma pessoa. O dano a outra região paralisa um braço. Essas correspondências um a um sugeriam que o cérebro era constituído de compartimentos, cada um responsável por uma única tarefa. Mas, com algumas exceções, o cérebro não funciona dessa forma, os cientistas agora sabem. Acontece que o ponto no mapa é menos importante do que as estradas que entram e saem.
“Com a construção do conectoma humano, esse diagrama elétrico do cérebro humano, de repente tínhamos os recursos e as ferramentas para começar a olhar [o cérebro] de maneira diferente”, diz Fox.
Os cientistas ainda não sabem ler algumas partes de seus novos mapas conectomas, mas já estão começando a usar a cartografia do cérebro para tratar distúrbios. Esse é o objetivo principal do novo centro de Fox, dedicado a mudar os circuitos cerebrais de forma a aliviar distúrbios como a doença de Parkinson, transtorno obsessivo-compulsivo e depressão. “Talvez pela primeira vez na história, temos as ferramentas para mapear esses sintomas nos circuitos do cérebro humano, e temos as ferramentas para intervir e modular esses circuitos”, disse Fox.
O objetivo parece ótimo, mas Fox não acha que é um exagero. “Não quero esperar 50 anos”, diz Fox. “Meu prazo é daqui a uma década.”
Quer seja daqui a 10 anos ou 50 ou mais, ao imaginar o que está por vir, podemos nos lembrar do progresso que já foi feito, das galáxias neurais que foram descobertas e mapeadas. E podemos nos permitir por um momento nos perguntando o que pode vir a seguir.
As três vinhetas fictícias que se seguem ilustram algumas dessas possibilidades futuras. Sem dúvida, eles estarão errados nos detalhes, mas cada um está enraizado na pesquisa que está em andamento hoje, conforme descrito nas explicações que acompanham a base científica para esses cenários imaginários. – Laura Sanders
Sarah havia se decidido. Sua tarde estava limpa e sua consulta marcada. Depois de cinco anos, ela teria sua rede neural removida. Enquanto dirigia para a clínica, ela se sentiu confiante de que estava fazendo a ligação certa. Na maioria das vezes.
Os milhões de nanobots em seu cérebro devolveram sua vida, ajudando sua mente a funcionar novamente. Eles haviam feito seu trabalho. Era hora de tirá-los de lá.
O bebê lindo e perfeito de Sarah nasceu no solstício de verão, 20 de junho, pouco antes da meia-noite. Mas os meses seguintes levaram Sarah a uma profunda depressão pós-parto.
Incapaz de sentir qualquer coisa, Sarah mal passou por aqueles primeiros dias. Ela raramente olhava para o bebê. Ela se esqueceu de comer. Ela ficava sentada em um quarto escuro, com o ar-condicionado no máximo, por horas, olhando para o nada. Esses dias intermináveis se estenderam até uma manhã excepcionalmente quente de setembro. Sua mãe cuidou do bebê enquanto o marido de Sarah a levava para o Institute for Neuroprosthetics, um prédio baixo de tijolos nos subúrbios de Nashville.
Por dentro, ela mal ouviu o coordenador da clínica descrever a tecnologia pela última vez. Uma injeção levaria os nanobots ao sangue dela. Então, um ímã os guiaria até a cabeça. Um pulso rápido e forte de ultrassom abriria a barreira hematoencefálica temporariamente, permitindo que um exército de partículas minúsculas penetrasse.
Movidos pelo movimento molecular inerente a seu cérebro, os nanorrobôs se espalhariam para formar uma teia de eletrodos microscópicos. Essa rede neural poderia localizar onde o circuito do cérebro de Sarah estava falhando e começar a repará-lo.
Nas semanas seguintes, os nanorrobôs de Sarah aprenderam os ritmos neurais de seu cérebro enquanto ela passava pela vida com depressão debilitante. Com poderosa ajuda computacional – e ajustes regulares feitos pelo técnico da clínica, um jovem chamado Jerome – o sistema logo aprendeu a detectar os primeiros ruídos neurais de um humor em deterioração. Assim que esses sinais de alerta ficaram claros, a teia de nanorrobôs de Sarah começou a encerrar os episódios com toques elétricos suaves, mas persuasivos.
Após meses de cinza, a risada de Sarah começou a reaparecer, embora às vezes nos momentos errados. Jerome a avisou que inicialmente, ela poderia experimentar alguns blips. Ela se lembrou do dia em que ela e o marido levaram o bebê a uma festa de aniversário de família. No meio de uma história sobre o tratamento de demência de seu tio, as gargalhadas de Sarah silenciaram a sala.
Aqueles mais próximos a ela entenderam, mas a maioria da família não sabia sobre os milhões de bots trabalhando para fortalecer seu cérebro.
Depois de alguns meses e alguns ajustes, as emoções de Sarah se equilibraram. A depressão fria e entorpecida se foi. Também se foram as explosões inapropriadas de risos, flashes de raiva branca e apetites insaciáveis. Ela foi capaz de se estabelecer com sua nova família e sentir – realmente sentir – a alegria de tudo isso.
Mas essa alegria era só dela? Talvez pertencesse aos nanobots, o exército de minúsculos ajudantes sempre vigilantes, retrabalhando e nivelando seu cérebro. Sem sua rede neural, ela poderia estar chorando vendo sua filha, ainda seu bebê, entrar na sala de aula do jardim de infância no primeiro dia. Em vez disso, Sarah acenou, virou-se e começou a trabalhar, sentindo-se apenas um pouco melancólica, nada mais intenso do que isso.
Essa busca por si mesma é o que a levou de volta à clínica, cinco anos depois de receber os nanobots.
Sarah se acomodou na familiar cadeira de couro marrom em uma sala de tratamento. “Jerome, você acha que estou pronto?” ela perguntou.
“Mais def”, disse ele, acenando com a cabeça de uma forma descomplicada que só um jovem pode fazer.
“Mas e se este for ‘eu’ agora?” ela perguntou. “Estou perdendo uma parte de mim?”
“Talvez”, disse Jerome. Mas talvez não. Além disso, você sempre pode trazer os bots de volta mais tarde. ”
A pergunta de Sarah era para ela responder. Mas ela não foi a única perguntando. Ela se juntou a um grupo de pessoas que também estavam sendo tratadas na clínica, um grupo estranho e atencioso de pessoas que viviam com redes neurais: Yvonne, uma psiquiatra computacional com doença de Alzheimer, cujas memórias estavam sendo guardadas por nanobots; John, cujos nanobots estavam superando seus impulsos de usar opioides; e Jill, uma adolescente com anorexia. Seus nanobots a deixavam com fome na hora das refeições.
Em suas reuniões semanais, todos falaram sobre suas tentativas de reconciliar velhas identidades com novas identidades aumentadas. Yvonne desabafava sobre o marido dizer-lhe condescendentemente para “verificar as configurações” quando ela esquecia algo. John estava lutando contra o desejo de fabricar mentalmente uma ânsia por opiáceos, apenas pelos grandes sentimentos que os nanorrobôs transmitiam quando sentiam problemas. E Jill estava ficando ressentida com seu tecnólogo – e seus pais – ditando seu apetite.
A ciência que apoia o sucesso das redes neurais era impressionante; eles eram de tirar o fôlego em sua eficiência em consertar enormes problemas como dependência, demência e distúrbios alimentares. Mas a ciência não poderia responder a questões maiores de identidade e controle – o que significa ser uma pessoa.
Jerome repassou o procedimento simples de extração: um pulso rápido de ultrassom para afrouxar a barreira hematoencefálica novamente, um forte ímã sobre a parte interna do cotovelo de Sarah e uma coleta de sangue. Ele olhou para ela. “Esta pronto?”
Ela respirou fundo. “E isso é.”
Passado e presente: cutucando o cérebro
Nesta história, Sarah recebeu um tratamento que agora não existe. Mas a ideia de que os cientistas serão capazes de mudar certas redes cerebrais – e melhorar a saúde – não é ficção. Está acontecendo.
Uma técnica conhecida como estimulação cerebral profunda, ou DBS, já usa eletrodos implantados cirurgicamente no cérebro das pessoas para ajustar o comportamento das células cerebrais. Esses implantes de eletrodos estão ajudando a reduzir os tremores de Parkinson, convulsões epilépticas e movimentos incontroláveis causados pela síndrome de Tourette. Transtornos de humor como os de Sarah também foram alvos.
A ideia central do DBS – que o cérebro pode ser consertado estimulando-o – não é nova. Na década de 1930, os psiquiatras descobriram que um forte golpe de eletricidade induzida por convulsões às vezes podia destacar os sintomas psiquiátricos. Nas décadas de 1940 e 1950, os pesquisadores estudaram se a estimulação elétrica mais restrita poderia ajudar em distúrbios como a depressão.
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Em 1948, por exemplo, o neurocirurgião Lawrence Pool do Instituto Neurológico de Nova York da Universidade de Columbia implantou eletrodos para estimular o cérebro de uma mulher com Parkinson grave que havia ficado deprimida e perdido peso. Logo, ela começou a “comer bem, engordar e reagir de maneira mais alegre”, relatou Pool em 1954. O experimento terminou três anos depois, quando um dos fios quebrou. “É convicção do escritor que a estimulação focal controlada do cérebro humano é uma nova técnica em psicocirurgia que veio para ficar”, escreveu Pool.
Nas últimas décadas, os pesquisadores se tornaram cada vez mais precisos em suas habilidades para mudar efetivamente a atividade cerebral. Empresas como a Medtronic, St. Jude Medical (agora Abbott), Boston Scientific e NeuroPace desenvolveram novos eletrodos e novos algoritmos para tornar a estimulação elétrica mais eficaz, fornecendo uma opção clínica para pessoas com epilepsia, tremores e doença de Parkinson que não podem ser ajudadas por outros tratamentos.
Outras abordagens além dos eletrodos implantados também são promissoras. Campos magnéticos poderosos, ultrassons e até eletrodos externos podem alterar a atividade cerebral de fora do crânio, tudo com diferentes níveis de precisão e potência.
Em comparação com aqueles primeiros dias, os cientistas de hoje entendem muito mais sobre como influenciar seletivamente a atividade cerebral. Mas antes que um tratamento como o de Sarah seja possível, dois grandes desafios devem ser enfrentados: os médicos precisam de ferramentas melhores – sistemas ágeis e poderosos que sejam duráveis o suficiente para funcionar de forma consistente dentro do cérebro por anos – e eles precisam saber em que parte do cérebro se direcionar o tratamento – um local que difere entre os distúrbios e até entre as pessoas. Esses são grandes problemas, mas as várias peças necessárias para esse tipo de cura precisa do cérebro estão começando a se aglutinar.
As especificações da tecnologia que será capaz de ouvir a atividade cerebral e intervir conforme necessário é uma incógnita. No entanto, aqueles minúsculos nanorrobôs que escaparam do sangue para o cérebro de Sarah têm raízes na pesquisa atual. Por exemplo, Mikhail Shapiro da Caltech e seus colegas estão trabalhando em robôs em nanoescala que vagam pelo corpo e agem como médicos.
Outros tipos de sensores estão crescendo rapidamente. Apenas nos últimos 20 anos, os eletrodos melhoraram em uma quantidade surpreendente, tornando-se menores, mais flexíveis e menos propensos a deixar cicatrizes no cérebro, diz a engenheira biomédica Cynthia Chestek. Quando ela começou a trabalhar no desenvolvimento de eletrodos no início de 2000, ainda havia problemas insolúveis, ela diz, incluindo as cicatrizes que eletrodos grandes e rígidos podem deixar e a energia de que precisam para operar. “Não sabíamos se alguém iria lidar com eles.”
Mas esses problemas insolúveis foram amplamente superados, diz Chestek, cujo laboratório na Universidade de Michigan desenvolve eletrodos de fibra de carbono. Imagine várias décadas no futuro, diz Chestek. “Você poderia ter milhares de eletrodos fazendo interface segura com os neurônios. Nesse ponto, torna-se uma prática médica realmente padrão. ”
A poeira neural – eletrodos minúsculos alimentados por ultrassons externos – já pode captar a atividade nervosa e muscular de ratos. Os neuropixels podem registrar a atividade elétrica de mais de 10.000 locais no cérebro de camundongos. E eletrodos de malha, chamados de renda neural, foram injetados no cérebro de ratos. Uma vez dentro do cérebro, essas redes se integram ao tecido e registram a atividade cerebral de muitas células. Até agora, esses eletrodos de malha capturaram a atividade neural em camundongos ao longo de meses enquanto os animais corriam.
IMEC
Outros sistemas futurísticos em desenvolvimento podem ser controlados com ímãs, luz ou ultrassom. Ainda há problemas a resolver, diz Chestek, mas nenhum desses problemas é intransponível. “Precisamos apenas descobrir o último conjunto de truques práticos”, diz ela.
Uma vez que os cientistas sabem como alterar a atividade cerebral de forma confiável, eles precisam saber onde fazer a mudança. A seleção de alvos de precisão é complicada pelo fato de que, em última análise, todas as partes do cérebro estão conectadas a todas as outras, de um jeito bem Kevin Bacon. Os cientistas costumavam pensar no cérebro como um conjunto de áreas que realizam determinados trabalhos; a área da “visão”, a área da “emoção” e assim por diante, diz o neurobiologista Rafael Yuste, da Universidade de Columbia. “Esse modelo está se dissolvendo”, diz ele.
Os avanços na tractografia – o estudo das conexões físicas entre grupos de células nervosas – estão apontando para quais partes dessas vias neurais poderiam ser direcionadas para lidar com certos problemas. Um estudo conduzido na Universidade de Toronto com 482 pacientes com DBS ao longo de 15 anos, por exemplo, mostrou como a estimulação elétrica de certos pontos tem efeitos ondulantes previsíveis em outras partes do cérebro.
Outro estudo de pessoas com eletrodos implantados ilustra as redes cerebrais em ação. Quando certos eletrodos foram estimulados, as pessoas experimentaram mudanças imediatas e óbvias em seu humor. Esses eletrodos, ao que parece, estavam próximos a tratos neurais que convergem em uma região do cérebro logo atrás e acima dos olhos, chamada de córtex orbitofrontal lateral.
Lendo humores
Eletrodos implantados no cérebro das pessoas detectavam sinais que poderiam ser traduzidos em informações sobre o humor. As previsões com base nesses sinais neurais (eixo y) corresponderam intimamente ao humor relatado pelas pessoas.
Previsão de humor versus autorrelato
No futuro, todos nós poderemos ter nossos diagramas de conexões cerebrais personalizados mapeados, diz o neurocientista Michael D. Fox, do Hospital Brigham and Women’s em Boston. E talvez por qualquer sintoma – ansiedade, desejo por comida ou vício – os médicos poderiam achar o circuito do cérebro o responsável. “Agora temos nosso alvo”, diz Fox. “Podemos segurar a ferramenta de neuromodulação fora do couro cabeludo ou implantar uma ferramenta dentro da cabeça e vamos consertar esse circuito.”
Os obstáculos para construir um sistema ágil, poderoso e preciso semelhante ao que ajudou Sarah são grandes. Mas os sucessos anteriores sugerem que pesquisas inovadoras e agressivas encontrarão maneiras de contornar as barreiras atuais. Para pessoas com transtornos de humor, dependência, demência ou qualquer outra doença enraizada no cérebro, esses avanços não podem vir em breve. – Laura Sanders
Futuro 2: Pensamentos à venda
Javier tinha acabado de ser demitido, mas tudo em que conseguia pensar era no vaso de palmeira no canto de seu escritório. Era muito grande para levar para casa, e seu único amigo do trabalho provavelmente não poderia adotá-lo.
Como diretor de engajamento de sistemas neurais na sede da Zou no centro de Los Angeles, Javier tinha um escritório espaçoso com luz solar. Seu amigo Al não tinha nenhum. Al trabalhava em um cubículo escuro ao lado do resto dos neuromonitores. Ainda assim, Javier desceu para o segundo andar, cambaleando, pensando que ele pelo menos perguntaria sobre a palma.
“Eles acabaram comigo”, ele disse a Al baixinho, sem olhar para ele. “Eles terminaram com todo o programa Signal.”
To balançou a cabeça. “Sinto muito, cara.”
“Isso não é o pior”, diz Javier. “Eles estão transferindo todos os dados do Signal para o mercado de informações”, ele sibilou para Al com um olhar sombrio.
Al encontrou os olhos de Javier e balançou a cabeça lentamente. Os amigos já haviam falado sobre essa possibilidade antes.
Zou estava no negócio de transporte, um sistema de entrega e recebimento de mensagens sob demanda que abrangia a cidade. Depois que a indústria automobilística implodiu devido a muitos acidentes, Zou dirigiu para Los Angeles. com uma promessa de segurança – então a empresa precisava ter certeza de que seus motoristas eram os melhores.
É aí que Javier e sua equipe entraram. Eles coletaram dados do cérebro dos motoristas com faixas de cabeça cinza elásticas e desenvolveram algoritmos que separavam os bons motoristas dos ruins, com detalhes direto dos cérebros dos motoristas. Os dados incluíam detalhes sobre o tempo e o tamanho dos impulsos neurais que os dashcams e acelerômetros só podiam adivinhar. Uma rápida varredura dos dados revelaria se o motorista estava alerta, distraído, excessivamente agressivo ou sonolento, por exemplo.
Todos os dias e todas as noites, torrentes de dados cerebrais fluíam dos motoristas da empresa enquanto eles manobravam carros elétricos rosa choque pela cidade, entregando pessoas, alimentos, pacotes e remédios.
A ideia ambiciosa de Javier – o programa Signal – era incentivar os motoristas com dinheiro, usando seus dados cerebrais. Os motoristas com cérebros alertas e focados ganhavam bônus automaticamente; uma barra de energia verde na tela do carro mostrava ganhos minuto a minuto. Os motoristas cujos cérebros pareciam lentos ou agressivos não ganhavam dinheiro extra. Em vez disso, eles foram avisados. Se o problema persistisse, eles foram demitidos.
Este sistema de cenoura e pau, desenvolvido por Javier e sua equipe ao longo de um ano, funcionou perfeitamente no início. Mas, alguns meses depois, os acidentes começaram a voltar.
Desde que os motoristas começaram a usar os bonés nas estradas, as pontuações cerebrais melhoraram continuamente. Os bônus estavam fluindo. Três mil pessoas dirigindo por incontáveis horas na selvagem L.A. tráfego e os dados pareciam mostrar os cérebros de todos alertas e zumbindo com foco. Então, por que o aumento nos acidentes? Algo estava errado com o sistema de Javier.
O problema, descobriu-se, era uma verdade básica sobre o cérebro: ele muda. Os cérebros humanos podem aprender, encontrar soluções criativas, refazer-se. Essas propriedades são o motivo pelo qual algumas pessoas se tornam excelentes motoristas para começar, abrindo caminho pelo tráfego e bloqueios de estradas para entregar seus passageiros com eficiência. Mas esses ajustes neurais também são o que confundiu Zou.
Incentivados a manter um certo tipo de atividade cerebral, os cérebros dos motoristas aprenderam rapidamente a produzir essa atividade – mesmo que não correspondesse a uma habilidade de direção aprimorada. As soluções alternativas dos cérebros desencadearam uma corrida armamentista que Javier acabou perdendo. Os engenheiros neurais encontrariam novos sinais cerebrais mapeados de maneira mais confiável para a segurança ao dirigir; o cérebro dos motoristas logo aprenderia uma maneira de contornar isso. Esse ciclo caro e demorado durou dois anos antes de Javier finalmente ser demitido.
Descobriu-se que os dados do cérebro eram uma porcaria para melhorar o desempenho dos motoristas. Mas os dados do cérebro ainda eram uma verdadeira mina de ouro. Os bonés, usados por milhares de motoristas, não coletavam apenas dados neurais relevantes para a direção. Junto com isso, vieram detalhes como como os cérebros dos motoristas responderam a um certo estilo de música, como os motoristas ficaram animados quando viram um outdoor digital de um resort de férias e como eles reagiram às promessas de um político. Empresas, políticos, grupos de interesses especiais, praticamente todos, estão desesperados por esses detalhes, e Zou agora iria vendê-los.
Inicialmente, Zou fez dos fones de ouvido uma condição de emprego, e os motoristas concordaram em usar os bonés enquanto estivessem trabalhando. A maioria parecia feliz com o aumento de salário que os limites trariam. Como empresa, a Zou teve o cuidado de ficar longe do neuromonitoramento secreto que foi proibido pela Declaração dos Direitos Humanos emendada.
Mas agora, Zou iria exigir que os funcionários usassem os fones de ouvido quando não estivessem dirigindo. Os bonés coletariam seus dados enquanto eles comem, enquanto fazem compras e conversam com seus filhos, sugando informações pessoais que serão vendidas.
Claro, os funcionários podem recusar. Eles podem decidir tirar as tampas e desistir. “Mas que tipo de escolha é essa?” Javier perguntou a Al em um sussurro, após descarregar sobre ele. “Os motoristas precisam de dinheiro. A maioria deles abriria seus crânios por um cheque de pagamento. ”
Al balançou a cabeça e perguntou: “Quanto eles pagariam?”
“Quem sabe”, disse Javier. “Talvez nada. Talvez eles deslizem a linha de consentimento de dados para o contrato de trabalho padrão de 500 páginas e não digam mais nada sobre isso. ”
“Quer que eu dê uma dica para minha cunhada?” Al perguntou. “Ela é a única no Valley Media Group. Eles fizeram esse projeto alguns anos atrás em privacidade neural. ”
“Eu não sei”, disse Javier. “O movimento é ruim, mas talvez apenas ruim para estes tempos. Afinal, é assim que as coisas estão indo. ”
Com um olhar derrotado, Javier balançou a cabeça mais uma vez e começou a voltar para seu escritório. Ele tinha algumas decisões a tomar, incluindo aquela sobre a palmeira.
Passado e presente: captando ondas cerebrais
O programa fictício de Javier, Signal, foi construído com informações coletadas externamente dos cérebros dos motoristas. Tampas que podem monitorar mentes interiores soam como uma peça central de uma distopia futurística, mas a pesquisa de hoje está indo na ponta dos pés em direção a essa possibilidade.
Algumas empresas já vendem sistemas de monitoramento cerebral feitos de eletrodos que medem ondas cerebrais externas com um método chamado eletroencefalografia, ou EEG. Por enquanto, esses fones de ouvido são vendidos como dispositivos de bem-estar para humanos movidos a dados. Por algumas centenas de dólares, você pode adquirir um fone de ouvido que promete ajustar sua prática de meditação, tomar decisões melhores ou até mesmo melhorar seu jogo de golfe. Os limites de EEG já podem medir o estado de alerta; alguns experimentos polêmicos monitoraram crianças em idade escolar enquanto ouviam seu professor.
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As reclamações dessas empresas são grandes e não foi provado que atendam. “Não está claro se os dispositivos de EEG do consumidor podem revelar muita coisa”, argumentou a eticista Anna Wexler da Universidade da Pensilvânia em um comentário na Nature Biotechnology em 2019. Ainda assim, as melhorias nesses dispositivos e nos algoritmos que decodificam os sinais que detectam pode algum dia permitir que informações mais sofisticadas sejam coletadas de forma confiável do cérebro.
Por enquanto, esses sinais cerebrais não são monetizados como se imagina que estejam no mercado de informações que Javier despreza. Mas outros tipos de dados pessoais que trocamos voluntariamente pelo acesso aos nossos serviços digitais favoritos são regularmente comprados e vendidos. Não é um salto muito grande ver como certos tipos de dados neurais seriam particularmente valiosos para educadores, anunciantes e políticos.
O sistema na história mede as ondas cerebrais que podem ser usadas para inferir os estados mentais dos motoristas – alerta, concentração e sonolência, por exemplo. Medidas corretamente, essas assinaturas neurais são fáceis de detectar.
Z. CAO ET AL / RELATÓRIOS CIENTÍFICOS 2019
O EEG começou para valer na década de 1920, depois que o psiquiatra alemão Hans Berger usou eletrodos para registrar as ondas cerebrais das pessoas. Em seu artigo de 1929 apresentando o método, Berger descreveu ondas cerebrais simples que se propagam durante o sono e a atividade mental. Ele e outros cientistas começaram a examinar alguns dos tipos mais proeminentes de ondas cerebrais, como as ondas alfa que surgem com a calma e o relaxamento.
À medida que a tecnologia melhorou, os cientistas foram capazes de descrever com mais detalhes as combinações características de ondas cerebrais que acompanham o estado de alerta, meditação, exercícios extenuantes e até mesmo os vários estágios do sono. Já em 1937, os cientistas começaram a descrever a vazante e o fluxo de várias ondas cerebrais durante o sono: as ondas alfa se fragmentam e finalmente desaparecem; surtos de atividade irregulares, irregulares, chamados de fusos do sono, assim como certos tipos de ondas lentas.
Com as melhorias na computação e na tecnologia, os cientistas foram capazes de obter leituras cada vez mais sofisticadas dos cérebros das pessoas enquanto elas viviam, incluindo sinais de surpresa, prazer e frustração. O EEG mede a atenção das pessoas enquanto elas assistem à televisão, a fim de usar os sinais neurais dos telespectadores para prever se um programa se tornará um sucesso. Os pesquisadores até colocaram fones de ouvido de EEG nos motoristas enquanto eles navegavam virtualmente pelas estradas, uma ideia que inspirou o sistema da Signal nesta história.
Outros tipos de assinaturas neurais, ao que parece, podem fornecer vislumbres ainda mais ricos da mente.
Os movimentos físicos, como mover um dedo, vêm com traços neurais claros no cérebro. Isso inclui os movimentos que produzem a fala. Um marco recente na decodificação de tais sinais ocorreu em 2019; cientistas da Universidade da Califórnia em San Francisco extraíram frases completas do cérebro usando apenas sinais neurais. Esse marco contou com eletrodos implantados para extrair os sinais neurais que uma pessoa usa para controlar os músculos do trato vocal.
Cenas visuais sofisticadas, incluindo clipes de filmes que as pessoas estavam assistindo, podem ser obtidas em varreduras cerebrais. Trabalho de Jack Gallant e colegas da Universidade da Califórnia, Berkeley construiu cenas visuais cativantes usando dados de cérebros de pessoas em um scanner de ressonância magnética funcional. Um grande pássaro vermelho voou pela tela, os elefantes marcharam em uma fileira e Steve Martin caminhou pela tela, todas as versões impressionistas de imagens retiradas da atividade cerebral das pessoas.
Esse trabalho, publicado em 2011, prenunciava truques de leitura do cérebro cada vez mais complexos. Mais recentemente, os pesquisadores usaram sinais de fMRI para recriar rostos que as pessoas estavam vendo.
Mas esses tipos de coisas – movimentos musculares e cenas visuais – são considerados mais diretos do que outros aspectos mais personalizados da mente. Nossos pensamentos, crenças e memórias mais nebulosas estarão acessíveis?
Não é impossível. Faça um estudo do Japão, publicado em 2013. Os cientistas identificaram o conteúdo dos sonhos de três pessoas adormecidas, usando uma máquina de ressonância magnética funcional. Mas recriar esses sonhos exigia horas de alguém contando a um cientista sobre outros sonhos primeiro. Para obter os dados que desejavam, os cientistas primeiro precisavam ser convidados para as mentes dos sonhadores, de certa forma. Essas três pessoas foram acordadas mais de 200 vezes cada no início dos experimentos e solicitadas a descrever o que estavam sonhando. Isso permitiu aos cientistas construir um mapa personalizado entre o conteúdo dos sonhos e a atividade cerebral de cada pessoa.
Outra grande advertência: a maioria desses métodos dependia de fMRI – equipamento volumoso, caro e definitivamente não portátil. Inventada em 1990, a técnica usa um poderoso ímã para avaliar os níveis de oxigênio no cérebro, que pode servir como um proxy para a atividade neural. Esse método tem sido incrivelmente poderoso, mas também vem com grandes ressalvas, descobriram os pesquisadores. Porém, maneiras mais portáteis e confiáveis de espionar o cérebro de fora estão avançando rapidamente. Empresas como Facebook e IBM estão investindo pesadamente em dispositivos que podem entrar em nossas cabeças.
Éticos, cientistas e futuristas já pediram proteções especiais para dados neurais. O governo do Chile, por exemplo, está considerando um esforço de proteção do NeuroData, que alteraria sua constituição para incluir a identidade mental como um direito. Alguns especialistas em ética pensam que os dados neurais deveriam ter os mesmos tipos de proteção que os órgãos corporais têm em muitos países hoje. Legalmente, você não pode vender um fígado; o mesmo deve ser verdadeiro para os dados do cérebro, prossegue este argumento. Esses tipos de debates só ficarão mais intensos à medida que as capacidades de leitura da mente melhorarem. – Laura Sanders
Futuro # 3: fusão mental
Sofia não conseguia dormir. Amanhã é o grande dia. Como gerente de projeto do Comitê Nobel de Fisiologia ou Medicina, ela havia supervisionado anos de anúncios de prêmios, mas nunca um como aquele.
Às 11h30 Amanhã, horário de verão da Europa Central, o Prêmio Nobel de fisiologia ou medicina seria dado a um pássaro chamado Harry, um quebra-nozes de Clark, de 16 anos. Sofia sorriu no escuro enquanto pensava em como a notícia chegaria.
Harry seria reconhecido por beneficiar a humanidade “em seu papel como um coletivo de memória pioneiro que aprimora as mentes humanas”. Como tal, Harry iria dividir o prêmio (e o dinheiro) com seus dois treinadores humanos.
Amanhã de manhã, o mundo estaria zumbindo, Sofia sabia. Mas, como acontece com todo Prêmio Nobel, a história começou muito antes do anúncio. Os primeiros experimentos sempre abrem o caminho e, para Harry, não foi exceção. Mesmo no século 20, os cientistas sonhavam e mexiam com a fusão de diferentes tipos de mentes.
As primeiras incursões em mentes interligadas consistiram em sinais grosseiros enviados pela Internet de pessoas a animais com eletrodos implantados em seus cérebros. Os sinais de EEG de uma pessoa podem fazer um rato anestesiado balançar a cauda, por exemplo. Naquela época, as tentativas de estabelecer conexões mentais eram rejeitadas por muitos como truques de festa – fascinantes, mas cientificamente insípidos.
À medida que a tecnologia se tornava mais precisa e menos invasiva, os vínculos entre humanos se tornaram contínuos, inspirados por exemplos antigos e intrigantes de gêmeos siameses com consciência compartilhada. Fones de ouvido externos podem enviar e receber sinais entre cérebros, como “fala silenciosa” e imagens e sons.
Essas conexões entre humanos acabaram sendo bastante úteis para certos problemas. Quando menina, Sofia havia lido sobre uma mulher que teve um derrame. Posteriormente, a mulher foi ligada a um homem saudável para reaprender os movimentos do braço. O ajudante assumiu a liderança, neuralmente, na direção dos movimentos de reabilitação do braço paralisado da mulher. Gradualmente, mais controle foi transferido para o cérebro da mulher ferida enquanto ela ensaiava os padrões neurais que seu derrame havia embaralhado. (O exemplo impressionou a jovem Sofia porque a história que ela leu se concentrou em como as duas pessoas se apaixonaram depois de sua ligação íntima – uma reviravolta estimulante para uma criança de 10 anos.)
Em seguida, os cientistas começaram a olhar além do cérebro humano para diferentes tipos de habilidades que podem aumentar nossas habilidades. Outros animais têm maneiras diferentes de ver, sentir, experimentar e lembrar o mundo. É aí que Harry entrou.
Corvos, corvos e outros corvídeos têm memórias prodigiosas. Isso é particularmente verdadeiro para os quebra-nozes de Clark. Esses pássaros cinza e pretos são capazes de lembrar a localização de cerca de 10.000 depósitos de sementes a qualquer momento. Essas poderosas habilidades de memória logo chamaram a atenção de cientistas humanos ansiosos para aumentar a memória humana.
Os cientistas não estavam falando sobre lembrar onde o carro está estacionado no estacionamento do aeroporto. Eles se voltaram mais para o alto. Feito da maneira certa, esses aprimoramentos podem permitir que uma pessoa construa mapas internos incrivelmente completos de seu mundo, lembrando-se de todos os lugares em que já estiveram. E descobriu-se que esses feitos de memória não paravam apenas em locais físicos. O fortalecimento de um tipo de memória também levou a melhorias em outros tipos de memória. Os sistemas ficaram mais fortes ao redor.
Harry não foi o primeiro pássaro a se ligar aos humanos, mas foi um dos melhores. Como um pássaro jovem, Harry passou por vários anos de treinamento intenso auxiliado por seu deleite favorito, sementes de pinheiro de casca branca. Usando um sofisticado chip cerebral implantado, ele aprendeu a mesclar seus sinais neurais com os de uma pessoa que estava tendo problemas de memória ou precisava de um impulso temporário. A conexão geralmente durava algumas horas por dia, mas seus efeitos, surpreendentemente, duravam. O efeito foi de tirar o fôlego, de acordo com as pessoas que o experimentaram.
O que foi realmente surpreendente foi que os benefícios da memória duraram. Melhorias perceptíveis nas memórias das pessoas se mantiveram firmes por meses após uma sessão com Harry. Harry tinha feito história e estaria fazendo de novo logo após o anúncio de amanhã, Sofia pensou.
Ao mostrar que esse tipo de combinação de mente humano-animal era possível e benéfico, Harry e seus treinadores ajudaram a criar um campo inteiramente novo. Alguns cientistas agora estão construindo sobre o que o cérebro de Harry poderia fazer durante essas sessões de convivência. Outros estão se expandindo para diferentes habilidades animais: permitindo que as pessoas “vejam” no escuro como morcegos ecolocalizantes, ou “provem” com seus braços como polvos. Imagine médicos sentindo o cheiro de doenças, uma habilidade olfativa emprestada de cães. Os meios de comunicação já estavam começando a entrevistar pessoas com maior consciência animal.
Ainda bem acordada, a mente de Sofia repassou as reuniões que ela havia realizado com sua equipe de comunicação na semana passada. O anúncio de amanhã traria diversão e prazer, mas ela também esperava fortes objeções. A equipe estava preparada para protestos, muitos deles.
Alguns grupos religiosos se opuseram, argumentando que as mentes humanas não deveriam ser dispersas entre vários corpos, especialmente os de outras espécies. Os defensores dos direitos dos animais argumentaram que este projeto foi mais um passo em direção à escravização dos animais. Até mesmo alguns especialistas em ética ficaram irritados com a pesquisa, preocupados que os pássaros pudessem desenvolver formas de pensar e sentir que eram semelhantes aos humanos e que os parceiros humanos pudessem de alguma forma tornar-se corvídeos. Algumas pessoas sustentavam que fundir mentes entre as espécies, apesar dos benefícios potenciais, era muito arriscado.
E, claro, sempre houve o povo borg. Veementemente contra qualquer tentativa de ligar mentes, essas pessoas formaram um fandom de nicho dedicado à antiga série de televisão Jornada nas Estrelas. No show, a consciência coletiva do Borg cresceu imparável, assimilando todos e tudo que encontrou em si mesmo, consumindo identidades e livre arbítrio ao longo do caminho.
Como regra geral, os borgs não eram levados a sério. Mas, no meio da noite, suas objeções pareciam um pouco mais substanciais para Sofia. Então ela pensou em Harry esvoaçando, escondendo sementes, e a ameaça desapareceu. Sofia ficou maravilhada com o quão longe a ciência havia progredido desde que ela era uma menina, e o quão longe ela estava fadada a ir. Totalmente exausta, ela rolou, pronta para dormir, pronta para amanhã. Ela sorriu de novo ao pensar no que diria aos borgers, se surgisse a chance: para o bem ou para o mal, a resistência é inútil.
Passado e presente: ligando cérebros
Aceitar que um pássaro poderia ganhar um Prêmio Nobel exige um longo vôo de imaginação. Mas os cientistas já ligaram diretamente vários cérebros.
Hoje, a tecnologia que torna essas conexões possíveis está apenas começando. Estamos nos dias “Kitty Hawk” das tecnologias de interface do cérebro, diz o neurocientista computacional Rajesh Rao, da Universidade de Washington, que está trabalhando em sistemas de comunicação baseados no cérebro. No futuro, esses sistemas irão inevitavelmente voar mais alto.
Essa tecnologia pode até levar as pessoas para além dos limites de seus corpos, criando uma espécie de cognição estendida, possivelmente permitindo novas habilidades, diz Rao. “Essa conexão direta entre os cérebros – talvez seja outra maneira de darmos um salto em nossa evolução humana.”
Rao ajudou a organizar um bate-papo cerebral direto a três, no qual três pessoas enviaram e receberam mensagens usando apenas suas mentes enquanto jogavam um jogo semelhante ao Tetris. Os sinais dos pensamentos dos cérebros de dois jogadores se moveram pela internet e para a parte de trás do cérebro do receptor, por meio de uma explosão de estimulação magnética projetada para imitar a informação vinda dos olhos. Os remetentes podiam transmitir sinais que diziam ao jogador para girar uma peça, por exemplo, antes de largá-la. Esses resultados, publicados em 2019 na Scientific Reports, representam a primeira vez que várias pessoas se comunicaram diretamente com seus cérebros.
MARK STONE / UNIV. DE WASHINGTON
Outros projetos foram executados em animais, embora nenhum pássaro ainda. No início, as tentativas foram básicas. Em 2013, sinais cerebrais de uma pessoa fizeram um rato anestesiado mexer a cauda. Esse sistema dependia de uma série de sinais: primeiro, eletrodos externos monitoravam as intenções de uma pessoa. Em seguida, um computador traduziu esses sinais em um código. Em seguida, o ultrassom focalizado moveu esse código para o cérebro do rato. Finalmente, a cauda do rato se contraiu. Foi desajeitado, mas funcionou.
O controle da mente do rato já se tornou mais sofisticado. Em 2019, as pessoas assumiram o controle do cérebro de seis ratos acordados, guiando os movimentos dos animais através dos labirintos por meio do pensamento. Um rato ciborgue bem treinado pode atingir uma precisão de viragem de quase 100 por cento, relataram os pesquisadores.
As baratas também foram cooptadas, principalmente por pesquisadores da Shanghai Jiao Tong University, na China, em 2015. Depois de receber sinais de um humano, registrados por um sistema de EEG externo, as baratas foram compelidas a percorrer caminhos em forma de S.
Mas esses ratos e baratas recebiam comandos de uma pessoa; eles não enviaram informações de volta. Trocas contínuas de idas e vindas são um pré-requisito para uma realização como a de Harry.
Esses tipos de experimentos também estão acontecendo. Um estudo recente ligou os cérebros de três macacos, permitindo que suas mentes movessem coletivamente um braço de avatar em uma tela 3-D. Cada macaco estava encarregado de se mover em duas das três dimensões; esquerda ou direita, para cima ou para baixo e próximo ou distante. Essas tarefas sobrepostas, mas distintas, levaram os macacos da rede a se atrapalhar inicialmente. Mas logo, sua cooperação neural tornou-se perfeita quando aprenderam a mover o braço do avatar para serem recompensados com um gole de suco.
Uma rede de quatro ratos, da mesma forma, aprendeu a sincronizar atividades neurais por uma recompensa em água. Este Brainet, como foi chamado por Miguel Nicolelis na Duke University e colegas, era capaz de feitos iguais ou melhores do que cérebros de ratos individuais. Os sinais do cérebro que correspondiam a um certo padrão de toques podiam ser movidos entre três ratos com alta fidelidade, descobriram os pesquisadores.
Com as melhorias tecnológicas, a variedade de sinais que podem se mover entre os cérebros aumentará. E com isso, esses coletivos de cérebros podem ser capazes de realizar ainda mais. “Um cérebro pode fazer muito, mas se você juntar muitos cérebros, diretamente conectados em uma rede, é possível que eles possam criar invenções que nenhuma mente poderia pensar por si mesma”, diz Rao.
Grupos de cérebros podem ser extremamente bons em certos trabalhos. Um coletivo de cirurgiões, por exemplo, poderia reunir seus conhecimentos para uma operação particularmente difícil. Um coletivo de pilotos de pensamento rápido poderia dirigir um drone em território hostil. Um coletivo de especialistas em inteligência poderia vasculhar material obscuro de espionagem.
As capacidades podem se estender ainda mais se outras espécies forem incluídas. Os cérebros dos animais são capazes de feitos com os quais os humanos apenas sonham, como as prodigiosas habilidades olfativas dos cães, as pernas dos polvos que pensam por si próprios e a ecolocalização dos morcegos.
Talvez um dia, as informações do cérebro de um animal possam aumentar os cérebros humanos – embora seja improvável que os sinais neurais de um quebra-nozes de Clark bem treinado sejam a melhor escolha para auxiliar de memória. A inteligência artificial, ou mesmo a inteligência humana, podem ser melhores parceiros de memória. Seja qual for a fonte, esses “nós” externos podem, em última análise, expandir o conectoma de um cérebro humano, a complexa teia de conexões neurais.
Essas expansões podem ser benéficas, mesmo sem um conhecimento profundo da série de mudanças de rede que isso requer. Além do mais, há uma certa margem de manobra nesse tipo de comunicação neural, diz Rao. “A decodificação pode ser um pouco desleixada”, diz ele. “O cérebro pode se adaptar.” Contanto que um bom feedback esteja chegando, o cérebro pode aprender a interpretar esses novos sinais, da mesma forma que aprender um novo idioma.
Essa propriedade-chave do cérebro – que ele pode mudar – é o que torna a perspectiva desses tipos de novas conexões tão excitante. Há muitas evidências de que os circuitos neurais podem ser fortalecidos, enfraquecidos ou até mesmo criados um novo, em resposta às informações recebidas. Essa escultura pode durar mais do que uma conexão temporária. “Pode ser assim que as coisas possam dar certo no final”, diz Rao.
Ainda assim, conectar cérebros diretamente é repleto de questões éticas. “O próprio ato de ligar dois cérebros para transferir informações levanta uma variedade de questões éticas e de segurança”, escreveram a neuroeticista Karen Rommelfanger da Emory University e colegas em 2014 em Frontiers in Neuroengineering.
Um aspecto, a ideia de uma “mente ampliada”, apresenta enigmas particularmente selvagens, diz a bioética Elisabeth Hildt do Instituto de Tecnologia de Illinois em Chicago. “Parte de mim está conectada e estendida a esse outro ser humano”, diz ela. “Sou eu? É outra pessoa? Estou fazendo isso sozinho? ” ela pergunta.
Alguns cientistas acham que é muito cedo para contemplar como seria ter nossas mentes dispersas por vários cérebros, humanos ou animais. Outros discordam. “Pode ser tarde demais se esperarmos até que entendamos o cérebro para estudar a ética da interface do cérebro”, diz Rao. “A tecnologia já está avançando.”
Portanto, sinta-se à vontade para refletir sobre como seria conectar mentes com um pássaro. Se você fosse o humano que pudesse se conectar à mente do quebra-nozes de Harry, o Clark, por exemplo, talvez você pudesse começar a sonhar em voar. – Laura Sanders
Publicado em 07/03/2021 19h12
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