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Ratos com interfaces cérebro-máquina ajudam os cientistas a entender o 'controle intencional'

Cientistas assistem ratos passarem em um labirinto na tela.

• As interfaces cérebro-máquina permitem que humanos - e ratos - interajam com objetos na tela.
• Essas interfaces podem ganhar amplas aplicações à medida que se tornam mais capazes.
• Os cientistas querem entender melhor como eles funcionam e estão explorando como os ratos os operam.

As interfaces cérebro-máquina, ou IMC, são fascinantes. 'Interfaces cérebro-máquina são dispositivos que permitem a uma pessoa ou animal controlar um computador com sua mente. Em humanos, isso poderia ser controlar um braço robótico para pegar um copo d'água ou mover um cursor em um computador para digitar uma mensagem usando a mente, ' diz Kelly Clancy do Sainsbury Wellcome Center for Neural Circuits and Behavior (SWC). Ela é co-autora de um artigo publicado recentemente em Neurônio .

O potencial dos IMC é óbvio como ferramentas para pessoas com condições que as privam do uso de seus membros. Além disso, os IMC podem um dia nos permitir controlar e operar todos os tipos de dispositivos usando apenas nossas mentes - é fácil imaginar, por exemplo, cirurgias realizadas por médicos em interface direta com apêndices robóticos ultraprecisos.

Embora já tenha havido algum sucesso com os IMC, há muito que ainda não se sabe sobre como eles funcionam. Pesquisadores do SWC desenvolveram um IMC para ratos que permite rastrear a maneira como ele interage com o cérebro do rato enquanto o sujeito move um cursor na tela usando apenas seus pensamentos. Também lhes dá uma ideia de como esses cérebros funcionam.

Visão do IMC

Crédito: Kurashova / Adobe Stock

De acordo com o co-autor Tom Mrsic-Flogel , também do SWC, 'No momento, os IMCs tendem a ser difíceis de usar para os humanos e leva muito tempo para aprender como controlar um braço robótico, por exemplo. Assim que entendermos os circuitos neurais que suportam como o controle intencional é aprendido, o que este trabalho está começando a elucidar, poderemos tornar mais fácil para as pessoas usarem os IMC. '

Além de compreender melhor o IMC, seu uso em pesquisas pode ajudar os cientistas a desvendar pelo menos um mistério da mente. Descobrir como os objetos são representados no cérebro tem sido complicado. Quando os sujeitos dos testes interagem com os objetos, as varreduras mostram simultaneamente sinais que representam essa interação - um processo motor - e pensamentos sobre o objeto. É difícil dizer qual é qual. Os sinais motores são removidos quando a interação com um objeto é estritamente virtual, como ao usar um IMC.

Como ratos camundongos

Crédito: Clancy e al./ Neurônio

No estudo, o IMC foi afixado ao crânio de sete camundongos fêmeas que foram posteriormente treinados para usar um mouse para mover um cursor na tela para um local de destino, a fim de receber uma recompensa. O objetivo dos pesquisadores era investigar a intencionalidade.

Enquanto os ratos moviam o mouse, os pesquisadores usaram imagens do cérebro de campo amplo para observar todo o córtex dorsal. Isso forneceu uma visão geral da área que permitiria aos cientistas ver quais regiões do cérebro exibiam atividade.

Não surpreendentemente, as áreas corticais visuais estavam ativas. Mais surpreendente foi o envolvimento do córtex anteromedial, o roedor equivalente ao córtex parietal humano associado à intenção.

'Os pesquisadores vêm estudando o córtex parietal em humanos há muito tempo', diz Clancy. “No entanto, não esperávamos necessariamente que essa área surgisse em nossa tela imparcial do cérebro do rato. Parece haver algo especial no córtex parietal, visto que fica entre as áreas sensoriais e motoras do cérebro e pode funcionar como uma estação intermediária entre elas. '

Essa 'estação' pode permitir um vaivém contínuo entre as regiões. Diz o artigo: 'Assim, os animais que aprendem o controle neuroprotético de objetos externos devem se engajar em um automonitoramento contínuo para avaliar a contingência entre sua atividade neural e seu resultado, impedindo-os de executar um padrão motor habitual ou fixo e encorajando os animais a aprender arbitrariamente novos mapeamentos sensório-motores dinâmicos. '

O córtex parietal é um excelente candidato para este trabalho, dizem os autores: 'A atividade parietal está envolvida na representação de regras de tarefas, o valor de ações concorrentes e na atualização do plano motor em tempo real orientado visualmente, tanto em humanos quanto em não - primatas humanos.

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