Inteligência artificial
IA Inside: Chips Cerebrais Pioneirando o Próximo Salto na Evolução Humana
Os chips cerebrais não são mais ficção científica. Eles se tornaram realidade e estão transformando vidas graças aos avanços tecnológicos, que permitem a um computador decodificar sinais cerebrais, deduzir intenções humanas e, finalmente, executá-las diretamente através de uma máquina.
Esses sistemas que tornam isso possível são chamados de BCI ou interface cérebro-computador, que estudam os sinais da atividade cerebral. A Neuralink é a empresa mais conhecida nessa área, criando uma interface cerebral generalizada para desbloquear o potencial humano.
Mas, embora as BCIs estejam em desenvolvimento desde a década de 1960, os recentes avanços em IA estão ajudando a alcançar milagres. Esses avanços levaram a progressos significativos em aplicações práticas, particularmente para pessoas com deficiência, demonstrando o impacto evolutivo dessa tecnologia.
Aplicações Atuais e Avanços
Embora o desenvolvimento de BCI ainda esteja principalmente confinado ao laboratório de pesquisa, com a evolução da IA, começamos a ver demonstrações da praticidade da BCI em pessoas com deficiência.
Implantes Cerebrais de IA Restaurando a Fala e o Movimento
Com cerca de 1,3 bilhão da população mundial vivendo com níveis moderados a graves de deficiência, os implantes de IA em humanos estão melhorando rapidamente para remover completamente essas limitações.
Em um par de estudos publicados na revista Nature, pesquisadores da Universidade de Stanford e da Universidade da Califórnia em São Francisco mostraram que suas BCIs permitiram que duas mulheres com paralisia voltassem a falar com velocidade e precisão sem precedentes. As BCIs leem a atividade cerebral relacionada à fala e alimentam os dados em um modelo de aprendizado de linguagem, que então produz fala utilizável via voz gerada por computador ou texto na tela.
Pesquisadores de Stanford implantaram matrizes de eletrodos do tamanho de um grão de pipoca no córtex motor da fala do cérebro de Pat Bennet, de 68 anos, que então se conecta a um software de computador que lhe permite falar. Enquanto isso, pesquisadores da UCSF deram à Ann, de 30 anos, que está gravemente paralisada, a capacidade de falar e fazer expressões faciais (através de um avatar digital). Ambas as pesquisas registraram enormes melhorias no tamanho do vocabulário, velocidade de decodificação da linguagem e precisão da fala.
Combinando IA e Microeletrônica para Combater Distúrbios Cerebrais
A IA, juntamente com implantes neurais, também está sendo usada para tratar distúrbios como epilepsia e Parkinson, modulando diretamente atividades anormais. A Universidade de Toronto reuniu engenheiros elétricos e de computação junto com clínicos, neurocientistas e cientistas de dados materiais para melhorar a saúde cerebral e traçar caminhos de tratamento alternativos.
Usando aprendizado profundo, a equipe extrai informações de nível profundo, até identificando biomarcadores ocultos, e então ativa os implantes neurais no momento ideal. A ideia é usar terapias de neuromodulação no futuro para direcionar:
- Dor crônica
- Depressão
- Demência
- Alzheimer
- Distúrbios do sono
Ensaio Humano da Neuralink
A startup de chips cerebrais de Musk, Neuralink, finalmente recebeu aprovação para iniciar seu primeiro ensaio humano. Anteriormente, a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA levantou preocupações de segurança para seu primeiro ensaio clínico em humanos antes de conceder a liberação, e a empresa agora também foi aprovada por um comitê de revisão independente para iniciar o recrutamento.
Para seu estudo PRIME (Interface Cérebro-Computador Precisa e Roboticamente Implantada), a Neuralink está buscando pacientes com paralisia devido a lesão da medula espinhal cervical ou esclerose lateral amiotrófica. O ensaio, que se espera levar cerca de seis anos para ser concluído, envolverá a implantação cirúrgica de um implante BCI sem fio no cérebro para avaliar a capacidade do sistema de permitir que os pacientes controlem dispositivos externos com seus pensamentos.
Com o chip cerebral de IA da Neuralink, Musk pretende facilitar inserções cirúrgicas rápidas de seus dispositivos de chip para tratar condições como autismo, depressão e esquizofrenia. Até agora, a empresa tem testado em animais, mas agora está recrutando voluntários paralisados para melhorar a qualidade de vida de milhões.
Avanços Tecnológicos e Científicos
Nas últimas décadas, pesquisas inovadoras foram realizadas no campo das BCI, que fornecem um link de comunicação direto entre o cérebro e um computador. Agora, a IA levou isso ainda mais longe, graças à sua capacidade de analisar dados complexos e gerar resultados semelhantes aos humanos.
Embora os implantes de fala tenham sido cruciais para indivíduos que perderam a capacidade de falar devido à paralisia ou outras lesões, eles eram extremamente lentos e pouco articulados. No entanto, avanços significativos em neurociência e computação moderna juntos agora tornam possível ter implantes de chip de IA comercialmente disponíveis para restaurar funções sensoriais e motoras.
Hoje, essa maravilha da tecnologia moderna está dando àqueles que perderam a capacidade de falar uma voz ao converter sinais cerebrais em texto, também com rapidez e eficiência. Na pesquisa de Stanford, a equipe alcançou apenas uma taxa de erro de palavras de 9,1%, o que é 2,7 vezes mais preciso que as BCIs anteriores. Isso foi conseguido usando um algoritmo que decodifica 62 palavras por minuto e está se aproximando da velocidade de conversação de 160 palavras por minuto, o que é simplesmente incrível. Para isso, o estudo utilizou a maior biblioteca de vocabulário usada para decodificação de fala com implante — cerca de 125.000 palavras.
Um novo estudo, parte do ensaio do Sistema de Interface Neural BrainGate2, utilizou um tipo de aprendizado profundo chamado redes neurais recorrentes (RNNs), que também são usadas para modelar processos cerebrais como memória, atenção e percepção. O algoritmo separou facilmente diferentes tipos de movimentos faciais para a fala com base apenas em sinais neurais, com mais de 92% de precisão.
Considerando que decodificar comportamento ou estado cognitivo a partir de sinais neurais é crítico para a pesquisa de BCI, o aprendizado profundo emergiu como método em muitas tarefas de aprendizado de máquina, como segmentação de imagens e reconhecimento de fala. Seu sucesso levou ao uso na previsão de saídas comuns, incluindo movimento, fala e visão.
Em outro caso, cientistas desenvolveram um sistema de IA não invasivo chamado decodificador semântico, que foi desenvolvido em parte usando um modelo transformer semelhante aos que suportam os chatbots ChatGPT e Bard do Google. Pesquisadores da Universidade do Texas em Austin treinaram o sistema, que não requer implantes cirúrgicos, ouvindo várias horas de podcasts dentro de um scanner fMRI. Ele então gera um fluxo de texto quando o participante está ouvindo ou imagina contar uma nova história.
Como vimos aqui, o uso de IA tem ajudado enormemente a pesquisa em neurociência. No entanto, há certas considerações que devem ser levadas em conta ao lidar com esse campo em rápida evolução.
Considerações Éticas, de Privacidade e Segurança
Dadas as mudanças que os implantes cerebrais de IA trazem para os humanos, temos visto um rápido avanço da neurotecnologia e dos chips cerebrais de IA. No entanto, não está isento de riscos.
Simplificando, os sistemas de IA são propensos a erros e falhas, assim como qualquer outra tecnologia, o que pode ter resultados potencialmente prejudiciais. Construídos sobre algoritmos complexos que processam vastas quantidades de dados, os sistemas de IA também são vulneráveis a invasões e manipulações. Além disso, os dados nos quais são treinados podem conter vieses inerentes que levam a resultados discriminatórios.
O aumento de investimento em programas baseados em IA que podem ler a mente das pessoas e armazenar dados neurais fez com que a Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO) soasse um alerta sobre a neurotecnologia avançada, afirmando que ela ameaça os direitos humanos e requer regulação global.
“A promessa… pode vir a um alto custo em termos de direitos humanos e liberdades fundamentais, se for abusada. A neurotecnologia pode afetar nossa identidade, autonomia, privacidade, sentimentos, comportamentos e bem‑estar geral.”
– disse Gabriela Ramos, vice‑diretora geral da UNESCO para ciências sociais e humanas.
Como resultado, a organização científica e cultural da ONU afirmou que começará a desenvolver um “quadro ético universal” para a neurotecnologia.
Enquanto Ramos está preocupada com a tecnologia mudando “a própria essência do que significa ser humano”, outros como Mariagrazia Squicciarini, autora principal de um relatório da UNESCO sobre o ritmo acelerado da inovação em neurotecnologia, estão preocupados com a adição de IA, que segundo ela coloca a “neurotecnologia em esteróides”.
Estima‑se que os investimentos privados em empresas de neurotecnologia aumentaram mais de 20 vezes na década de 2010, atingindo US$ 7,3 bilhões em 2020, enquanto patentes relacionadas à neurotecnologia aumentaram 266 % nesse período. Dados mostram que o mercado de dispositivos de neurotecnologia deve ultrapassar US$ 24 bilhões nos próximos quatro anos.
Com modelos avançados de IA necessitando decodificar os dados cerebrais, defensores da regulação argumentam que a privacidade mental também se tornou mais urgente do que nunca. Como vemos na China, trabalhadores usam capacetes que escaneiam seus estados emocionais, indicando um amplo espectro de aplicações para essa tecnologia. De forma semelhante, nos EUA, o exército está explorando tais tecnologias para aprimorar habilidades mentais, controlar objetos com pensamentos e tornar os soldados mais aptos ao serviço.
Preocupações éticas também foram levantadas quanto ao impacto das BCIs na sociedade. Muitos temem que o acesso sem precedentes aos cérebros das pessoas possa transformar possibilidades distópicas em realidade.
Empresas que trabalham no Espaço de Implantes Cerebrais de IA
Agora, vamos dar uma olhada em algumas das empresas mais proeminentes no espaço de chips cerebrais de IA:
1. Neuralink
A empresa fundada pelo bilionário empreendedor Musk está desenvolvendo implantes sem fio que podem ler ondas cerebrais. Mais recentemente, a Neuralink relatou ter levantado US$ 43 milhões adicionais, liderados pelo Founders Fund de Peter Thiel.
Em junho, a empresa foi avaliada em cerca de US$ 5 bilhões, com sua receita anual estimada de US$ 115,7 milhões por ano. Em nov. 2023, legisladores dos EUA pediram à SEC que investigasse a Neuralink por omitir detalhes sobre as mortes de animais nos testes. Quanto à data de lançamento do chip cerebral da Neuralink, Musk afirma que ainda está a anos de distância.
2. Synchron
A Synchron, baseada em Nova Iorque, tem como objetivo oferecer terapia de neuromodulação endovascular implantável. No início deste ano, a empresa publicou os resultados de seu estudo para avaliar a eficácia e viabilidade do Synchron Switch em pacientes com paralisia grave.
O dispositivo é introduzido no vaso sanguíneo do cérebro, de onde transmite sinais neurais por um longo período, mas sem quaisquer efeitos adversos. A Synchron conta com o apoio de Bezos e Gates e arrecadou um total de US$ 135,7 milhões, segundo a CB Insights. A empresa tem uma receita anual estimada de US$ 37,3 milhões por ano.
3. Blackrock Neurotech
Esta empresa privada é conhecida por suas soluções de neurotecnologia, incluindo sistemas BCI. No ano passado, a Blackrock Neurotech anunciou um marco recorde de 30.000 dias de pesquisa BCI em pacientes internados, o que, segundo seu co‑fundador e presidente Florian Solzbacher, significa que “a tecnologia está pronta para sair do laboratório e entrar nas casas dos pacientes.”
Conseguiu US$ 10 milhões em financiamento, atraindo investidores de alto perfil como re.Mind Capital de Christian Angermayer, Peter Thiel, Tim Sievers e University Venture Fund II da Sorenson Impact em 2021.
4. BrainGate
O consórcio de pesquisa BrainGate criou um implante cerebral que contém um conjunto de 100 eletrodos pontiagudos que são cirurgicamente incorporados ao cérebro. Seu sistema BCI foi projetado para permitir que pessoas com paralisia controlem membros robóticos ou computadores através de seus pensamentos. O objetivo final da BrainGate é restaurar mobilidade, comunicação e independência para pessoas com tetraplegia.
5. Precision Neuroscience
Em junho, a Precision Neuroscience, fundada pelo co‑fundador da Neuralink, conduziu seu primeiro estudo clínico para mapear sinais cerebrais humanos. Seu sistema BCI principal é a Interface Cortical Layer 7, que é uma matriz de eletrodos mais fina que um fio de cabelo humano.
No início deste ano, a empresa, que pretende construir implantes BCI minimamente invasivos usando a técnica de micro‑fenda craniana, arrecadou US$ 41 milhões, elevando seu financiamento total para US$ 53 milhões em menos de dois anos.
6. Kernel
Fundada por Bryan Johnson, a tecnologia BCI não invasiva da empresa chama‑se “Kernel Flow”, que monitora a atividade cerebral usando espectroscopia funcional de infravermelho próximo no domínio do tempo (TD‑fNIRS).
De acordo com seu site, o Kernel Flow é um headset portátil e multimodal de neuroimagem que leva minutos para ser configurado. O headset combina imagens hemodinâmicas ópticas de alta resolução com medições de EEG para fornecer dados multimodais que permitem insights abrangentes.
7. Neurable
Esta empresa fornece sistemas BCI para aplicações clínicas e de jogos. Sua tecnologia BCI não invasiva baseada em EEG tem como objetivo melhorar a interação humano‑computador em ambientes de AR e VR.
#8. Ctrl-labs
Desenvolvedora de tecnologia de interface neural não invasiva, a startup foi adquirida pela Meta de Mark Zuckerberg (anteriormente Facebook) em um acordo estimado em US$ 1 bilhão. Em 2018, a empresa lançou sua pulseira com eletrodos para BCI. O objetivo da Meta é, em última instância, dar às pessoas a capacidade de controlar teclados e mais apenas com seus pensamentos.
Perspectivas Futuras e Desafios
Os implantes cerebrais de IA surgiram como uma ferramenta poderosa na neurociência, com potencial para transformar nossa compreensão do cérebro e revolucionar tratamentos. Embora a tecnologia já esteja tendo grande sucesso na restauração de funcionalidades perdidas, suas implicações são muito maiores.
Pesquisadores financiados pelo exército dos EUA têm desenvolvido sistemas para capturar sinais cerebrais e ativar autonomamente vias neurais como tratamento para transtornos de saúde mental. Ensaios preliminares de implantes cerebrais de ‘loop fechado’ começaram em 2017 e detectaram padrões relacionados a transtornos de humor, então aplicaram choques ao cérebro para restaurar um estado saudável sem necessidade de um médico.
Além de restaurar funções sensoriais, os chips cerebrais ajudam no controle de membros protéticos e no tratamento de atividade cerebral anormal. Além disso, o neurofeedback em tempo real permite que indivíduos obtenham maior controle sobre seus estados mentais e regulem ativamente suas próprias emoções e comportamentos. Pesquisadores também começaram a explorar a possibilidade de comunicação cérebro‑a‑cérebro para permitir trocas diretas e contínuas de informações.
Outra forma de os chips de IA realmente mudarem o cenário é aprimorando habilidades cognitivas. A tecnologia pode ser usada para aumentar o funcionamento cerebral mesmo em pessoas que não têm necessidades terapêuticas. Ao se conectar diretamente e estimular regiões cerebrais específicas, esses chips de IA no cérebro podem potencialmente melhorar foco, memória e capacidade de aprendizado.
Embora esses chips ofereçam novas vias para a augmentação humana, é vital abordar as considerações éticas associadas à acessibilidade e privacidade.
De acordo com a pesquisa do Pew Research Center de 2022, 78 % dos americanos disseram que não gostariam de um implante de chip de computador, com apenas 20 % interessados. Isso não mudou muito em relação a cinco anos atrás, quando dois terços dos americanos disseram que não gostariam de um chip para uma “capacidade muito melhorada de concentração e processamento de informações” implantado em seu cérebro. Mas se o uso de chips cerebrais de IA se tornar generalizado, seis em cada dez adultos dos EUA acreditam que a maioria das pessoas se sentiria pressionada a obter um implante, segundo a nova pesquisa.
Quanto aos potenciais problemas com implantes de chips de computador, 52 % apontaram para hackers que obtêm acesso às informações das pessoas, enquanto mudanças indesejadas no cérebro e falhas de chip estavam entre as questões mais proeminentes. Reconhecendo esses riscos, 83 % dos americanos desejam que esses implantes sejam testados usando um padrão mais alto do que o usado para dispositivos médicos.
Isso demonstra a necessidade de encontrar o equilíbrio certo para desbloquear o notável potencial dos chips cerebrais de IA, ao mesmo tempo em que se protege a saúde, a segurança e os valores fundamentais dos indivíduos e da sociedade como um todo.
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Conclusão
A tecnologia de interface cérebro-computador, auxiliada por IA de aprendizado de linguagem, está ajudando a processar dados cerebrais a taxas impressionantes, tornando possível que pessoas com deficiência finalmente possam falar e se mover. Até mesmo implantes de leitura da mente agora estão se aproximando da realidade.
Embora a tecnologia tenha um potencial tremendo, ao mesmo tempo, os riscos éticos, de privacidade e segurança dos chips de IA em humanos exigem consideração cuidadosa. As empresas precisam aplicar testes rigorosos, oferecer total transparência e realizar monitoramento contínuo, enquanto aderem a diretrizes éticas, a fim de aproveitar o verdadeiro potencial da tecnologia.
No geral, as aplicações potenciais dos chips cerebrais alimentados por IA são vastas, e suas implicações são profundas.
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