Interface Cérebro - Computador
A comunicação biunívoca entre o cérebro humano e o computador é uma área da ciência que se tem vindo a desenvolver nas últimas décadas maioritariamente devido às melhorias a nível electrónico e tecnológico. Este interface entre o cérebro e o computador consiste essencialmente num canal de comunicação, onde informação não muscular é enviada através do cérebro e é interpretada e analisada pelo computador.
Foi em 1977 que um projecto liderado por um investigador americano, Dr. J. Vidal, criou com sucesso o primeiro BCI (Brain Computer Interface). Já na década de 90 outros estudos vieram reforçar o facto de que era possível determinar razoavelmente bem qual a actividade mental que estava a ser executada por um sujeito, dentro de um pequeno leque de actividades, com base num EEG (Electroencephalograph). Nos últimos anos assistiu-se a uma explosão de investigações e pesquisas nesta área. Foram criadas diversas empresas cujo objectivo primordial era o desenvolvimento desta nova tecnologia. Das inúmeras investigações realizadas tornou-se unânime a definição de BCI: “Um interface cérebro-computador é um sistema de comunicação que não depende dos percursos normais de saída dos nervos e músculos periféricos” (Ebrahimi & ET AL., 2003).
As áreas aplicacionais deste modo de comunicação entre o Ser Humano e a máquina são muito diversas, salientando-se a psiquiatria clínica, as incapacidades motoras, a cinematografia, a publicidade e a integração da detecção de emoções. Através da leitura da actividade cerebral e da sua correcta interpretação, grandes avanços têm vindo a ser desenvolvidos no que respeita à epilepsia e outras doenças e/ou incapacidades cerebrais. A integração de BCIs em dispositivos capazes de ajudar doentes com incapacidades físicas e motoras tem sofrido inúmeros melhoramentos; os tratamentos psíquicos e psiquiátricos têm sido mais eficientes com a ajuda de BCIs; interpretação e compreensão da actividade cerebral tem sido bastante mais correcta e fidedigna, bem como as diversas zonas envolvidas e a sua interacção (Damásio, 1994).
Relativamente a direcções e desenvolvimentos futuros que tirem partido desta tecnologia, o futuro da tecnologia e dos sistemas BCIs dependerá de vários factores como o reconhecimento que a investigação na área BCI é um problema interdisciplinar, que envolve a neurobiologia, a psicologia, a engenharia, a matemática e as ciências computacionais; identificação dos sinais dos quais os utilizadores têm uma melhor capacidade para o controlo independente de uma actividade; o desenvolvimento de métodos de treino para os utilizadores ganharem e manterem o controlo de forma mais simples e rápida; a criação de melhores algoritmos para a tradução de sinais; uma especial atenção para a identificação e eliminação dos artefactos.
A um nível mais particular, e relativamente a este trabalho, a integração de uma ferramenta de classificação automática dos estados emocionais pode ser usada a nível publicitário, no sentido de validar a repercussão de um dado anúncio perante o público, a nível cinematográfico para analisar as reacções emocionais causadas pelo seu visionamento ou até na ajuda para a comunicação de pessoas com incapacidades da fala.
Metodologias invasivas e não invasivas:
A comunicação entre o cérebro humano e o computador necessita de equipamentos físicos para a captação e transmissão dos sinais biométricos transmitidos. As estratégias adoptadas por investigadores no sentido de procurar interpretar as informações presentes no cérebro humano são divididas em dois grandes grupos, os métodos invasivos e os não invasivos. Estes métodos diferem entre si no tipo de metodologia aplicada para captar a actividade cerebral eléctrica. Dentro da categoria dos métodos invasivos encontram-se os neuroimplantes.
São várias as vantagens que advêm deste método: a colocação do implante directamente na massa cinzenta elimina qualquer tipo de interferências e atenuações entre o eléctrodo e o exterior, bem como a garantia da recolha de dados da actividade cerebral eléctrica de melhor qualidade.
As aplicações associadas ao uso da metodologia invasiva estão relacionadas com a recuperação ou ajuda de movimentos em pessoas com incapacidade física e cegueiras não congénitas.
Por outro lado, a utilização de metodologias não invasivas permite a captação da actividade cerebral eléctrica de uma forma simples e rápida, sem a necessidade da intervenção de equipas especializadas nem o perigo associado a intervenções cirúrgicas ao cérebro. O EEG é o dispositivo biométrico não invasivo mais aplicado e estudado devido às suas características de resolução temporal elevadas, portabilidade e baixo custo. Naturalmente que a aplicação deste tipo de metodologias implica perda da qualidade do sinal face a dispositivos invasivos, maior susceptibilidade ao ruído e um maior tempo de treino por parte do paciente para o controlo de uma dada actividade ou tarefa mental. Para além do EEG, existem outros dispositivos não invasivos de entre os quais se destacam o GSR, MEG e o fMRI mais indicados para a análise visual da actividade cerebral.
Ondas cerebrais:
Uma das formas típicas de representação da actividade cerebral eléctrica é através da actividade rítmica, actividade esta que pode ser captada com a ajuda de um dispositivo biométrico como o EEG. A actividade rítmica é dividida em bandas, cada uma dessas bandas representando um tipo de onda cerebral distinto. A divisão em bandas é caracterizada pelas frequências às quais determinada actividade cerebral eléctrica é mais propícia de ocorrer.
As respectivas bandas são a Delta, Teta, Alfa, Beta e Gama, que vão desde as baixas frequências – aproximadamente 1,5Hz, até às altas frequências – a partir dos 26Hz. A cada tipo de onda cerebral estão associadas diversas características e comportamentos que as caracterizam.
A cada tipo de onda cerebral estão associadas diversas características e comportamentos que as caracterizam. Segundo o dicionário (The American Heritage Dictionary of the English Language, 2004):
• A onda Delta é definida como uma onda cerebral de variação lenta, com frequências inferiores a seis ciclos por segundo, que emanam na zona posterior do cérebro e estão associadas ao sono profundo nos adultos;
• No que respeita à onda Alfa, apresenta um padrão suavizado, com oscilações eléctricas regulares que ocorrem quando a pessoa está acordada e relaxada; a banda de frequências situa-se entre os 8 e os 13Hz;
• A onda Gama é definida como um padrão das ondas cerebrais associado à percepção e à consciência. As ondas Gama são produzidas quando massas de neurónios emitem sinais eléctricos à taxa aproximada de quarenta vezes por segundo, mas pode também ocorrer entre os 26 e os 70Hz;
Relativamente às restantes ondas cerebrais, e com base no dicionário (The American Heritage Stedman's Medical Dictionary, 2002):
• A onda Teta é definida como uma forma de onda de um electroencefalograma com frequências entre os 4 e os 8Hz associada ao estado de alerta e excitamento;
• A onda Beta é uma das ondas cerebrais que ocorre com mais frequência em electroencefalogramas de adultos, caracterizada por ter frequências entre os 13 e os 30Hz e está relacionada com estados de ansiedade e apreensão;
Referências Bibliográficas:
- Ebrahimi, T., & ET AL. (2003). Brain Computer Interface in Multimedia Communication. IEEE Signal Processing Magazine.
- Damásio, A. R. (1994). Descartes error: Emotion, reason and human brain. Europa-América.
- The American Heritage Dictionary of the English Language. (2004). 4th edition.
- The American Heritage Stedman's Medical Dictionary. (2002).